Студопедия — Электронный осциллограф
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электронный осциллограф






Осциллограф — это измерительное устройство для визуально­го наблюдения или записи функциональной зависимости двух ве­тчин, преобразованных в электрический сигнал. Осциллографы (широко используют для наблюдения временной зависимости пе­ременной величины.

Главной частью электронного осциллографа является электрон­но-лучевая трубка (ЭЛТ), показанная на рис. 18.17. Ее элементы расположены в вакуумированном баллоне Б. Они включают в себя люминесцирующий экран Э, отклоняющую систему О из двух пар отклоняющих пластин и электронную пушку П (выделена штри­ховой линией), состоящую из подогревного катода, подобного ка­тоду диода, и специальных электродов, которые ускоряют и фоку­сируют электроны. На пластины вертикального и горизонтального отклонения подается разность потенциалов. В зависимости от ее знака и значения пучок электронов отклоняется в вертикальном или горизонтальном направлении. Сформированный и определен­ным образом направленный электронный пучок попадает на лю­минесцирующий экран — переднюю стенку электронно-лучевой трубки, покрытую люминофорами, которые способны светиться под воздействием ударов электронов (катодолюминесценция).

Пучок электронов на экране изобразится светящейся точкой. Плавно изменяя напряжение на отклоняющих пластинах, светя­щуюся точку можно перемещать по экрану. Люминофоры обладают свойством послесвечения, они светятся в данном месте некоторое время после того, как электронный пучок сместился с данного места. Поэтому перемещение пучка наблюдается на экране в виде линии.

 
 

Структурная схема осциллографа дана на рис. 18.18: Ух и Уу — усилители, БП — блок питания, ГР — генератор разверт­ки, ЭЛТ — электронно-лучевая трубка. Имеется также блок синхронизации. На рис. 18.19 изоб­ражена передняя панель осциллог­рафа.

Поданный на клеммы «Вход Y» и «Земля» сигнал усиливается и по­дается на вертикально отклоняю­щие пластины. На экране осциллог­рафа такой сигнал изобразится от­резком вертикальной прямой.

Для наблюдения зависимости сигнала от времени следует светя­щейся точке сообщить одновремен­но равномерное движение в горизон­тальном направлении. Чтобы запи­сать периодический процесс, точка должна за некоторый конечный промежуток времени переместить­ся слева направо по экрану и в воз­можно короткий промежуток време­ни вернуться обратно. Поэтому напряжение, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины, должно иметь пилообразный вид (см., например, рис. 18.8, причем T1 >> Т2). Принцип устройства, служащего для этой цели, — гене­ратора развертки — был рассмотрен в § 18.5.

Для того чтобы периодический процесс отображался на экране неподвижным изображением, необходимо подобрать достаточно точно частоту развертки: на один период времени развертки дол­жно приходиться целое число периодов исследуемого сигнала. Это условие выполняется блоком синхронизации развертки. Руч­ки «Диапазон частот» и «Частота плавно» позволяют задавать нужную частоту развертки.

Если исследуемый процесс однократный или непериодиче­ский, то может быть использован ждущий режим развертки, предусмотренный в некоторых осциллографах. Этот режим раз­вертки действует каждый раз и только тогда, когда возникает ре­гистрируемый процесс.

Вращая ручки «Яркость» и «Фокус», изменяют разность по­тенциалов между ускоряющими электродами, благодаря чему достигаются различная интенсивность и площадь сечения электрон­ного пучка. При этом происходит изменение яркости и фокуси­ровки светящейся точки. Ручки «Ось У» и «Ось X» служат для смещения всей изображаемой картины в вертикальном или гори­зонтальном направлении.

Для наблюдения зависимости каких-либо двух величин пода­ют электрические сигналы, отвечающие этим величинам, на клеммы «Вход У» и «Вход X». Генератор развертки при этом не включается. Так, в частности, можно получить фигуры Лиссажу (см. § 5.3) вектор-кардиограмму (см. § 12.5).

С помощью ручки «Усиление» изменяют усиление поданного сигнала. При этом на экране осциллографа изображение растяги­вается или сжимается по соответствующему направлению.

Для калибровки масштаба времени в некоторых осциллогра­фах предусмотрен генератор меток времени для периодического изменения яркости пятна на экране. Благодаря этому можно оп­ределять длительность изображаемого процесса или его отдель­ных частей.

Изображение, полученное на экране электронного осциллогра­фа, может быть сфотографировано.

 

РАЗДЕЛ 6

Оптика

Оптика— раздел физики, в котором рассматриваются закономерности излучения, поглоще­ния и распространения света. В физике термин «свет» применяют не только к излучению, воспринимаемому глазом человека, но и к невидимому излучению. Природа света двойственна, дуалистична. Это означает, что свет проявляет себя и как электромагнитная волна, и как поток частиц — фотонов. Дуализм света, в частнос­ти, отражается формулой е = hv, так как энергия е фотона являет­ся квантовой характеристикой, а частота колебаний v — характе­ристикой волнового процесса.

В одних оптических явлениях в большей степени проявляются волновые свойства света, а в других — корпускулярные. Двойст­венная природа присуща также и частицам — электрону, протону и т. д.

Так как свет обладает электромагнитной природой, то оптику целесообразно изучать после электродинамики. Вопросы излуче­ния света граничат с атомной физикой и существенно с ней связа­ны. Поэтому раздел «Оптика» предшествует атомной физике.

В развитии физики оптические наблюдения, эксперименты и теории сыграли особую роль: прямолинейное распространение света и его отражение от зеркальных поверхностей было известно еще задолго до нашей эры; интерференционный опыт Майкельсона явился экспериментальным основанием теории относительнос­ти; гипотеза Планка о дискретности излучения положила начало квантовой физике.

Исследования видимого света и связанные с этим измерения относятся не только к области физики, но и к физиологии. В этом отношении оптика подобна акустике.

Для медиков и биологов эти знания прежде всего важны при исследовании биологических объектов: микроскопия, спектро­метрия, рефрактометрия, поляриметрия, колориметрия. Кроме того, врачам следует знать физические основы использования теплового излучения для диагностики заболевания (термогра­фия), устройство аппаратуры светолечения и другие вопросы.

 

Глава 19

Интерференция и дифракция света. Голография

Под интерференцией света понимают такое сложение свето­вых волн, в результате которого образуется устойчивая кар­тина их усиления и ослабления. Для получения интерферен­ции света необходимо выполнение определенных условий. Дифракцией света называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями. Возможность наблюдения дифракции зави­сит, в частности, от соотношения длины волны и размеров неоднородностей. Различают с некоторой степенью услов­ности дифракцию сферических волн (дифракция Френеля) и дифракцию плоскопараллельных волн (дифракция Фраунгофера). Описание дифракционной картины возможно с уче­том интерференции вторичных волн. В главе рассматривается голография как метод, основанный на интерференции и дифракции.

§ 19.1. Когерентные источники света. Условия для наибольшего усиления и ослабления волн

Сложение волн, распространяющихся в среде, определяется сложением в разных точках пространства соответствующих коле­баний. Наиболее простой случай сложения электромагнитных волн наблюдается тогда, когда их частоты одинаковы и направле­ния электрических векторов совпадают. В этом случае амплитуду результирующей волны можно найти по формуле (5.30), которую для амплитуды напряженности электрического поля запишем в виде

 
 

где Dj — разность фаз слагаемых волн (колебаний).

В зависимости от типа источников света результат сложения волн может быть принципиально различным.

Сначала рассмотрим сложение волн, идущих от обычных ис­точников света (лампа, пламя, Солнце и т. п.). Каждый такой ис­точник представляет совокупность огромного количества излучающих атомов. Отдельный атом излучает электромагнитную волну приблизительно в течение 10~8 с, причем излучение есть со­бытие случайное, поэтому и разность фаз Dj в формуле (19.1) при­нимает случайные значения. При этом среднее по излучениям всех атомов значение cosDj равно нулю. Вместо (19.1) получаем усредненное равенство для тех точек пространства, где складыва­ются две волны, идущие от двух обычных источников света:

(19.2)

Так как интенсивность волны пропорциональна квадрату амп­литуды [см. (14.60)], то из (19.2) имеем условие сложения интенсивностей I1 и I2 волн:

(19.3)

Это означает, что для интенсивностей излучений, исходящих от двух (или более) обычных световых источников, выполняется до­статочно простое правило сложения: интенсивность суммарного излучения равна сумме интенсивностей слагаемых волн. Это на­блюдается в повседневной практике: освещенность от двух ламп равна сумме освещенностей, создаваемых каждой лампой в от­дельности.

Если остается неизменной во времени, наблюдается интер­ференция света. Интенсивность результирующей волны принима­ет в разных точках пространства значения от минимального до не­которого максимального.

Интерференция света возникает от согласованных, когерент­ных источников, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз Dj у слагаемых волн в различных точках. Волны, от­вечающие этому условию, называют когерентными.

Интерференция могла бы быть осуществлена от двух синусо­идальных волн одинаковой частоты, однако на практике создать такие световые волны невозможно, поэтому когерентные волны получают, «расщепляя» световую волну, иду­щую от источника.

Такой способ применяется в методе Юнга. На пути сферической волны, идущей от источ­ника S, устанавливается непрозрачная прегра­да с двумя щелями (рис. 19.1). Точки волновой поверхности, дошедшей до преграды, стано­вятся центрами когерентных вторичных волн,

22* поэтому щели можно рассматривать как когерентные источники. На экране Э на­блюдается интерференция.

Другой метод заключается в получе­нии мнимого изображения S' источника S (рис. 19.2) с помощью зеркала (зерка­ло Ллойда). Источники S и S' являются когерентными. Они создают условия для интерференции волн. На рисунке показаны два интерферирующих луча, попадающие в некоторую точку А экрана Э.

Так как время т излучения отдельного атома ограничено, то разность хода лучей 1 и 2 при интерференции не должна быть слишком большой, в противном случае в точке А встретятся неко­герентные волны. Наибольшее значение для интерференции оп­ределяется через скорость света и время излучения атома:

(19.4)

Реальные источники состоят из множества беспорядочно излу­чающих атомов, поэтому время t' их согласованного излучения на много порядков меньше времени излучения т отдельного атома. Вследствие этого реальная разность хода d' интерферирующих лу­чей должна быть на много порядков меньше, чем величина 5, оп­ределяемая формулой (19.4).

Расчет интерференционной картины можно сделать, исполь­зуя формулу (19.1), если известны разность фаз интерферирую­щих волн и их амплитуды. Практический интерес представляют частные случаи: наибольшее усиление волн — максимум интен­сивности (max), наибольшее ослабление — минимум интенсив­ности (min).

Отметим, что условия максимумов и минимумов интенсивностей удобнее выражать не через разность фаз, а через разность хода волн, так как пути, проходимые когерентными волнами при ин­терференции, обычно известны. Покажем это на примере интер­ференции плоских волн / и //, векторы Е которых перпендику­лярны плоскости чертежа (рис. 19.3).

Колебания векторов этих волн в некоторой точке В, удален­ной на расстояния x1 и х2соответственно от каждого источника, происходят по гармоническому закону

(19.5)

Для общности вывода предполо­жим, что волны распространяются в разных средах1 с показателями пре­ломления и Скорости распро­странения волн соответственно рав­ны , где с — ско­рость света в вакууме. Тогда из (19.5) следует выражение для разности фаз

Так как длина волны в вакууме то вместо (19.6) имеем

(19.7)

Произведение геометрического пути волны на показатель прелом­ления среды, т. е. хп, называют оптической длиной пути, а раз­ность этих путей

(19.8)







Дата добавления: 2015-08-30; просмотров: 552. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Внешняя политика России 1894- 1917 гг. Внешнюю политику Николая II и первый период его царствования определяли, по меньшей мере три важных фактора...

Краткая психологическая характеристика возрастных периодов.Первый критический период развития ребенка — период новорожденности Психоаналитики говорят, что это первая травма, которую переживает ребенок, и она настолько сильна, что вся последую­щая жизнь проходит под знаком этой травмы...

РЕВМАТИЧЕСКИЕ БОЛЕЗНИ Ревматические болезни(или диффузные болезни соединительно ткани(ДБСТ))— это группа заболеваний, характеризующихся первичным системным поражением соединительной ткани в связи с нарушением иммунного гомеостаза...

Решение Постоянные издержки (FC) не зависят от изменения объёма производства, существуют постоянно...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия