POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI	Sprawozdanie z ćwiczenia Nr 50
Paweł Wnuk	Temat: Lampa oscyloskopowa.
Wydział Elektroniki Rok I	Data: 14.04.99	Ocena:

1. Wstęp

Celem ćwiczenia było wyznaczenie czułości odchylania X i Y lampy oscyloskopowej.

Schemat połączeń:

1 - pokrętło jasności2 - pokrętło ostrości3 - regulacja napięcia na płytkach pionowych4 - regulacja napięcia na płytkach poziomych

5 - przełącznik napięcia przyśpieszającego6 - wyjście na płytki poziome

7 - wyjście na płytki pionowe

Budowa i zasada działania lampy oscyloskopowej:

Schemat lampy oscyloskopowej:

K - katodaG - grzejnik katody W - cylinder Wehnelta A1,A2 - anody

E - ekran

y1,y2 - płytki odchylania pionowego

x1,x2 - płytki odchylania poziomego

J - regulacja jasności plamki

O - regulacja ostrości plamki.

W zamkniętej i opróżnionej z powietrza rurze szklanej jest umieszczony, wzdłuż osi symetrii, system elektrod. Na dnie stożkowo poszerzonej części rury znajduje się ekran fluoryzujący E, który w postaci półprzezroczystej warstwy pokrywa wewnętrzną powierzchnię dna. Katoda K, pośrednio żarzona, jest umieszczona wewnątrz osłony metalowej, zwanej cylindrem Wehnelta W. Naprzeciw otworu w cylindrze na płaskim dnie katody znajduje się warstwa tlenków emitująca elektrony. Cylinder Wehnelta ma potencjał ujemny względem katody. Przy zmianie wartości tego potencjału (potencjometrem J) zmienia się natężenie wiązki elektronów przechodzących przez otwór w cylindrze, co powoduje zmianę jasności plamki świetlnej na ekranie. Do przyspieszania elektronów i ogniskowania wiązki służą umieszczone współosiowo dwie anody A1 i A2. W wyniku zmiany potencjału pierwszej anody A1 za pomocą potencjometru O zmienia się stopień zogniskowania (ostrość) plamki świetlnej. System elektrod złożony z katody, cylindra Wehnelta i obu anod nazywa się wyrzutnią elektronową. Różnica potencjałów między drugą anodą a katodą jest napięciem przyspieszającym elektrony i decyduje o ich prędkości końcowej. Do odchylania wiązki elektronów od kierunku osiowego służą dwie pary płytek odchylających. y1,y2 są umieszczone poziomo i służą do odchylania pionowego, natomiast x1,x2 są umieszczone pionowo i powodują odchylanie poziome wiązki elektronów.

O jakości układu odchylania świadczy czułość odchylania k, czyli wartość stosunku przyrostu odchylenia plamki do przyrostu napięcia odchylającego. Aby wyznaczyć czułość odchylania, np. płytek Y, doprowadza się do tych płytek napięcie stałe U, i mierzy odchylenie y plamki od pierwotnego położenia spowodowane przez to napięcie w kierunku osi Y.

Czułość odchylania pionowego k_y i poziomego k_x obliczamy ze wzorów:

2. Tabele pomiarów

2.1 Tabela pomiarów wychylenia plamki w zależności od napięcia wychylającego U_y

	x [cm]  0,05 [cm]	Uy [mV]  0,5% + 2 digit
Napięcie przyspieszające U1	+5	-66,2
		+4	-55,2
		+3	-45,0
		+2	-33,8
		+1	-24,2
		(położenie zerowe) 0	-12,6
		-1	-2,2
		-2	+8,8
		-3	+19,5
		-4	+31,2
		-5	+42,4
	Napięcie przyspieszające U2	+5	-87,9
		+4	-73,2
		+3	-60,3
		+2	-45,1
		+1	-30,8
		(położenie zerowe) 0	-15,6
		-1	-1,7
		-2	+13,6
		-3	+27,7
		-4	+44,2
		-5	+58,6

2.2 Tabela pomiarów wychylenia plamki w zależności od napięcia wychylającego U_x

	x [cm]  0,05 [cm]	Uy [mV]  0,5% + 2 digit
Napięcie przyspieszające U1	+5	-82,6
		+4	-70,2
		+3	-57,5
		+2	-45,3
		+1	-33,0
		(położenie zerowe) 0	-21,2
		-1	-9,0
		-2	+3,1
		-3	+15,5
		-4	+28,0
		-5	+40,5
	Napięcie przyspieszające U2	+5	-109,3
		+4	-91,8
		+3	-74,8
		+2	-57,8
		+1	-40,7
		(położenie zerowe) 0	-24,8
		-1	-7,6
		-2	+9,7
		-3	+25,1
		-4	+43,0
		-5	+60,1

2.3 Napięcia zmienne U_z między poszczególnymi zaciskami dzielnika napięcia.

Uz=?	Odchylanie pionowe Y [cm]			Odchylanie poziome X [cm]
Napięcie przyspieszające U1	10,7	8	5,2	8,8	6,8	4,5
Napięcie przyspieszające U2	8	6,1	3,9	6,9	5,1	3,2

3. Obliczanie wyników

3.1 Do obliczenia czułości odchylania posłużyłem się wzorami:

By wyznaczyć k_y i k_x w całym przedziale zastosowałem metodę regresji liniowej (czułość odchylania jest tu współczynnikiem kierunkowym otrzymanej prostej (zależność y=f(U_y) - podobnie dla U_x) ).

Napięcie przyspieszające	ky [mm/V]	δ ky [mm/V]	kx [mm/V]	δ kx [mm/V]
U1	0,9329	0,0774	0,8127	0,0159
U2	0,6853	0,0435	0,5914	0,0257

Metoda regresji liniowej (wzory):

3.2 Obliczanie napięć zmiennych U_z między zaciskami dzielnika napięcia:

Tabela wartości napięć zmiennych U_z

	Napięcie przyspie­szające	y, x [mm]	ky [mm/V]	δky [mm/V]	Uz [V]	δ Uz [V]	Uwagi
Odchylanie pionowe Y	U1	107	1,0812	0,0053	98,964	0,948	R1 - 1M  0,1
		80	1,0812	0,0053	73,992	0,825	R2 - 100k  0,01
		52	1,0812	0,0053	48,095	0,698	R3 - 10k  0,001
	U2	80	1,4660	0,0078	54,570	0,631	R1 - 1M  0,1
		61	1,4660	0,0078	41,610	0,562	R2 - 100k  0,01
		39	1,4660	0,0078	26,603	0,483	R3 - 10k  0,001
Odchylanie poziome X	U1	88	1,2256	0,0026	71,802	0,560	R1 - 1M  0,1
		68	1,2256	0,0026	55,483	0,526	R2 - 100k  0,01
		45	1,2256	0,0026	36,717	0,486	R3 - 10k  0,001
	U2	69	1,6855	0,0049	40,937	0,416	R1 - 1M  0,1
		51	1,6855	0,0049	30,258	0,385	R2 - 100k  0,01
		32	1,6855	0,0049	18,985	0,352	R3 - 10k  0,001

4. Przykładowe obliczenia błędów pomiarów i obliczeń

4.1 Obliczanie błędów przy wyznaczaniu czułości odchylania:

Za błąd bezwzględny w pomiarze odchylania zostało przyjęte ¼ średnicy plamki (średnica plamki - 2mm), więc błąd ten wynosi 0,5 [mm].

δ_a - 0,5%

d - 0,01

x - wartość zmierzonego napięcia

Do obliczenia błędu pomiaru napięcia stałego (multimetr - 1007.500 ± 0,5% + 2 digit) korzystam ze wzoru:

4.2 Obliczanie błędu względnego pomiarów napięcia zmiennego (korzystam z różniczki logarytmicznej)

5. Dyskusja błędów i wnioski z doświadczenia

Pomiary oscyloskopowe nie pozwalają na uzyskanie wielkiej dokładności. Przyczyną tego są zbyt duże rozmiary plamki świetlnej w stosunku do mierzonych wychyleń oraz nieostrość jej brze­gów. Pomijając jednak ten problem, który został uwzględniony w opracowaniu wyników, można zmierzyć za pomocą oscyloskopu zmienne napięcie pomiędzy poszczególnymi zaciskami dzielnika napięcia, a uzyskany wynik określić jako w miarę dokładny. Dowodem tego może być porównanie wyników pomiarów Uz przy odpowiednim napięciu przyśpieszającym. Bardzo dobrze wyszło obli­czenie czułości oscyloskopu (np. dla k_y przy napięciu przyspieszającym U₂ błąd δk_y wyniósł tylko 0,0435 [mm/v] - 0,0003% wartości k_y ; dla odchylania X pomiar był jeszcze dokładniejszy, błąd wynosił zaledwie 0,0001% ; można stąd wywnioskować, iż pomiar przy napięciu podłączonym do płytek X jest dokładniejszy, niż byśmy podłączali to napięcie do płytek Y). Do obliczenia regresji liniowej użyłem programu regresja.pas. Wykresy zachowują się w sposób liniowy. Dzięki więk­szemu napięciu przyspieszającemu U₂ widoczna jest większa rozpiętość wykresu w pionie (wartości napięcia - rys.2 i rys.4).

---