Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ОС)"

Осциллограф

Осцилло'граф (от лат. oscillo – качаюсь и...граф) электроннолучевой, прибор для наблюдения функциональной связи между двумя или несколькими величинами (параметрами и функциями; электрическими или преобразованными в электрические). Для этой цели сигналы параметра и функции подают на взаимно перпендикулярные отклоняющие пластины осциллографической электроннолучевой трубки и наблюдают, измеряют и фотографируют графическое изображение зависимости на экране трубки. Это изображение называют осциллограммой. Чаще всего осциллограмма изображает форму электрического сигнала во времени. По ней можно определить полярность, амплитуду и длительность сигнала. О. часто имеет проградуированные в в по вертикали и в сек по горизонтали шкалы на экране трубки. Это обеспечивает возможность одновременного наблюдения и измерения временных и амплитудных характеристик всего сигнала или его части, а также измерения параметров случайных или однократных сигналов. Иногда изображение исследуемого сигнала сравнивают с калибровочным сигналом или применяют компенсационный метод измерений.

  Исследуемый сигнал А (рис. 1) поступает на вход усилителя вертикального отклонения, предназначенного для согласования величины отклонения луча с величиной входного сигнала. Коэффициент усиления регулируется. Горизонтальное перемещение луча создаётся генератором развёртки, который формирует для этой цели пилообразное напряжение Г (линейно изменяющееся во времени). Пилообразное напряжение поступает на вход усилителя горизонтального отклонения, который обеспечивает на выходе напряжение Е, подаваемое на горизонтально отклоняющие пластины трубки. Электронный луч перемещается по горизонтали с постоянной скоростью, создавая таким образом линейную развертку времени. Скорость развертки регулируется.

  Для получения стабильного изображения исследуемого сигнала на экране трубки каждая новая развёртка должна начинаться с одной и той же фазы сигнала. Это обеспечивается подачей исследуемого сигнала с вертикального усилителя на синхронизатор, который формирует импульс В запуска генератора развёртки в момент, соответствующий выбранной точке исследуемого сигнала. Для того чтобы электронный луч был виден только во время прямого хода луча (t₂ – t₁), генератор вырабатывает импульс Д подсвета луча, который подаётся на управляющую сетку (модулятор) трубки. Он имеет положительную полярность, прямоугольную форму и длительность, равную длительности прямого хода развёртки. Т. к. для запуска генератора развёртки используется исследуемый сигнал, а синхронизатор и генератор развёртки срабатывают не мгновенно, а с некоторым запаздыванием (доли мксек), то для наблюдения начального участка сигнала в тракт вертикального отклонения вводится линия задержки, компенсирующая время срабатывания синхронизатора и генератора развёртки (время задержки сигнала несколько превышает время срабатывания). При отсутствии линии задержки на экране трубки можно видеть только ту часть исследуемого сигнала, которая следует после момента t₁(кривая Б).

  О. содержит также источники высоковольтного и низковольтного питания. Первый используется только для питания трубки, а второй – для питания электронной схемы остальных узлов и блоков прибора.

  Важными характеристиками О., определяющими его эксплуатационные возможности, являются: 1) коэффициент отклонения – отношение напряжения входного сигнала к отклонению луча, вызванному этим напряжением (в /см или в /дел); 2) полоса пропускания– диапазон частот, в пределах которого коэффициент отклонения О. уменьшается не более чем на 3 дб относительно его значения на средней (опорной) частоте; 3) время нарастания t_н, в течение которого переходная характеристика О. нарастает от 0,1 до 0,9 от амплитудного значения (часто употребляется вместо полосы пропускания); верх. граничная частота полосы пропускания f _в связана с t_н соотношением: ; 4) коэффициент развертки – отношение времени t_н к величине отклонения луча, вызванного напряжением развёртки за это время (в сек /см или сек /дел); 5) скорость записи – максимальная скорость перемещения луча по экрану, при которой обеспечивается фотографирование или запоминание (для запоминающего О.) однократного сигнала. Перечисленные параметры определяют амплитудный, временной и частотный диапазоны исследуемых сигналов.

  Погрешность измерения сигналов зависит от погрешностей коэффициента отклонения и коэффициента развёртки (обычно ~2—5%). от частоты (длительности) исследуемого сигнала и полосы пропускания (времени нарастания сигнала t_н). Если измеряемый параметр сигнала ³ 5 t_н, то он воспроизводится на экране О. с погрешностью £ 2%.

  Вместо погрешностей коэффициентов отклонения и развёртки для О. часто указывают близкие им погрешность измерения амплитуды стандартного сигнала (синусоидального определённой частоты или прямоугольного импульса достаточно большой длительности) и погрешность измерения временны'х интервалов.

  Для одновременного исследования двух или более сигналов используются многолучевые О., а также многоканальные электронные коммутаторы, встраиваемые в тракт вертикального отклонения. Электронный коммутатор обеспечивает получение изображения нескольких сигналов на однолучевой трубке при последовательном подключении источников этих сигналов к тракту вертикального отклонения. Электронные коммутаторы используются, как правило, для исследования временны'х (фазовых) соотношений нескольких синхронных сигналов.

  Для изучения части исследуемого сигнала, в том числе отстоящей на значительное время от его начала, применяется растяжка развёртки (часть пилообразного напряжения, подаваемого на вход усилителя горизонтального отклонения, усиливается в несколько раз, что эквивалентно увеличению в несколько раз длины развёртки) или задержка запуска развёртки (задержанная развёртка). Задержанная развёртка эквивалентна растяжке развёртки в несколько тысяч раз.

  Наибольшими функциональными возможностями обладают О. со сменными блоками в трактах вертикального и горизонтального отклонения (рис. 2). Перестановкой блоков можно получить О. с различными характеристиками: широкополосный, высокочувствительный, 2– или 4-канальный, дифференциальный и т.д. В зависимости от особенностей схемы О. делятся на универсальные, запоминающие, стробоскопические, скоростные и специальные (см. табл.).

Некоторые типы осциллографов и их характеристики

Универсальными называются О., построенные по функциональной схеме рис. 1. Запоминающие О. имеют трубку с накоплением заряда. Они сохраняют изображение сигнала длительное время и поэтому удобны для исследования однократных и редко повторяющихся сигналов (см. Запоминающая электроннолучевая трубка). Скорость записи запоминающих О. достигает нескольких тыс. км /сек. Время воспроизведения записанного изображения для различных моделей лежит в пределах 1—30 мин. Запоминающие О., как правило, обладают свойством сохранять изображение при выключении О. и последующем его включении через несколько суток, функциональная схема запоминающих О. отличается от рис. 1 дополнительным блоком, управляющим режимом работы запоминающей трубки (запись, воспроизведение изображения и его стирание).

  В стробоскопическом О. используется принцип последовательного стробирования мгновенных значений сигнала для преобразования (сжатия) его спектра; при каждом повторении сигнала определяется (отбирается) мгновенное значение сигнала в одной точке. К приходу следующего сигнала точка отбора перемещается по сигналу, и так до тех пор, пока он не будет весь простробирован. Преобразованный сигнал, представляющий собой огибающую мгновенных значений входного сигнала, повторяет его форму. Длительность преобразованного сигнала во много раз превышает длительность исследуемого, и, следовательно, имеет место сжатие спектра, что эквивалентно соответствующему расширению полосы пропускания О. Стробоскопический О. наиболее широкополосны и позволяют исследовать периодические сигналы длительностью ~ 10^—11сек.

  Скоростные О. имеют трубки с вертикально отклоняющей системой типа «бегущей волны». Они характеризуются широкополосностью (1—5×10⁹Мгц) и большой скоростью записи. Скоростные О. не имеют усилителя в тракте вертикального отклонения и, в отличие от стробоскопических, позволяют исследовать не только периодические, но и однократные быстропротекающие сигналы. Специальные О. служат для исследования телевизионных или высоковольтных сигналов и т.п.

  Лит.: Вишенчук И. М., Соголовский Е. П., Швецкий Б. И., Электроннолучевой осциллограф и его применение в измерительной технике, М., 1957; Новопольский В. А., Электроннолучевой осциллограф, М., 1969; Чех И., Осциллографы в измерительной технике, пер. с нем. М., 1965; Выражение свойств электроннолучевых осциллографов. Рекомендации по стандартизации Международной электротехнической комиссии. Публикация № 351, М., 1971; Осциллографы электронно-лучевые. Каталог, М., 1971.

  А. А. Каламкаров, А. И. Федоренчик.

Рис. 2. Универсальный осциллограф со сменными блоками.

Рис. 1. Упрощённая блок-схема электроннолучевого осциллографа.

Осциллографическая электроннолучевая трубка

Осциллографи'ческая электроннолучева'я тру'бка,электроннолучевая трубка для преобразования электрических сигналов в видимое графическое изображение. О. э. т. – основной элемент электронного осциллографа, где она используется для наблюдения формы и измерения амплитуды, длительности и др. параметров электрических сигналов. С целью фотографической или визуальной регистрации сигналов О. э. т. применяется также и в иной радиотехнической, электротехнической, медицинской, научной аппаратуре. Первая О. э. т. изготовлена немецким физиком К. Брауном в 1897 (т. н. трубка Брауна).

  В О. э. т. сформированный прожектором пучок электронов, или электронный луч, проходит фокусирующую и отклоняющую системы и попадает на катодо-люминесцентный экран (см. Катодолюминесценция), выполненный изнутри, на дне баллона. В результате действия отклоняющей системы практически безынерционный луч вычерчивает на экране светящуюся линию, представляющую исследуемый сигнал в виде графической функции времени или др. параметра. Экраны имеют прямоугольную (отношение размеров сторон от 1 : 1 до 1 : 2) или круглую форму и размер диагонали или диаметром от 20 до 700 мм. Для визуального наблюдения используются люминофоры с белым или зелёным цветом свечения, для фоторегистрации изображений – с голубым или синим; длительность послесвечения экранов – от 10^—7 до 20 сек. На внутреннюю поверхность дна баллона нередко наносится шкала для проведения беспараллаксного измерения (см. Параллакс).

  По характеру регистрируемых сигналов и особенностям их воспроизведения основные типы О. э. т. подразделяют на низкочастотные, широкополосные (высоко – и сверхвысокочастотные), высоковольтные, запоминающие, многолучевые, с радиальным отклонением луча. Низкочастотные О. э. т. рассчитаны на полосу частот исследуемых переменных во времени процессов в диапазоне от нуля до десятков Мгц. Они имеют, как правило, электростатическую систему фокусировки и отклонения, достаточную чувствительность (отклонение луча до 5 мм /в), зелёный цвет свечения экрана. Широкополосные О. э. т. (рис.) позволяют исследовать сигналы в полосе частот от нуля до нескольких Ггц. Они превосходят другие типы О. э. т. по чувствительности (до 10 мм /в), скорости записи (до десятков тыс. км/сек) и разрешающей способности (ширина линии от 50 до 300 мкм). Расширение полосы частот достигается использованием вместо сигнальных пластин отклоняющей замедляющей системы с «бегущей волной», обычно в форме спирали, а высокая скорость записи – ускорением электронов после их отклонения (послеускорением) посредством высокого напряжения (8—25 кв). Высоковольтные О. э. т., применяемые для регистрации импульсов высокого напряжения, имеют очень малую чувствительность (от 0,05 до 20 мм /кв) и высокую электрическую прочность (до нескольких десятков кв). Запоминающие О. э. т. (потенциалоскопы) с видимым изображением, служащие для запоминания информации в виде электрических сигналов и воспроизведения их на экране, имеют наибольшее время хранения записанной информации (от нескольких десятков сек до нескольких ч). Многолучевые О. э. т., служащие для наблюдения на одном экране нескольких одновременно протекающих процессов, имеют в одном баллоне чаще всего 2, 5, 10 независимых низкочастотных электронно-оптических систем формирования лучей. В О. э. т. с радиальным отклонением луча, используемых для исследования явлений в полярной системе координат, луч при помощи двух пар отклоняющих пластин развёртывают по окружности. Напряжение сигнала подаётся на обкладки конического конденсатора и отклоняет луч в радиальном направлении. По параметрам эти О. э. т. близки к низкочастотным.

  Лит.: Шерстнев Л. Г., Электронная оптика и электроннолучевые приборы, М., 1971; Миллер В. А., Куракин Л. А., Приёмные электроннолучевые трубки, 2 изд., М., 1971; Жигарев А. А., Электронная оптика и электроннолучевые приборы, М., 1972.

  Г. И. Семеник, М. В. Цехонович.

Конструктивная схема широкополосной осциллографической электроннолучевой трубки: 1 – подогреватель катода; 2 – катод; 3 – электрод, ускоряющий электроны; 4 – коаксиальные вводы сигнала; 5 – электропроводящее покрытие; 6 – выводы системы послеускорения; 7 – катодолюминесцентный экран; 8 – спираль системы послеускорения; 9 – стеклянный баллон; 10 – горизонтальные отклоняющие пластины; 11 – спиральная отклоняющая система; 12 – анод; 13 – модулятор.

Осциллоскоп

Осциллоско'п (от лат. oscillo – качаюсь и греч. skopéō – смотрю, наблюдаю), то же, что осциллограф; название «О.» употребляют редко, преимущественно в тех случаях, когда прибор используется только для визуального наблюдения быстро меняющихся во времени электрических процессов.

Осциллятор

Осцилля'тор (от лат. oscillo – качаюсь), физическая система, совершающая колебания. Термином «О.» пользуются для любой системы, если описывающие её величины периодически меняются со временем.

  Классический О. – механическая система, совершающая колебания около положения устойчивого равновесия.

  В положении равновесия потенциальная энергия U системы имеет минимум. Если отклонения х от этого положения малы, то в разложении U (x) по степеням х можно считать U (x) = kx ²/2 (k – постоянный коэффициент); при этом квазиупругая силаF = . Такие О. называются гармоническими, их движение описывается линейным уравнением , решение которого имеет вид х = A sin (wt + j), где m – масса О.,  – частота, А – амплитуда колебаний, j – начальная фаза, t – время. Полная энергия гармонического О. Е = mw²А²/2 – это сумма периодически меняющихся в противофазе кинетической Т и потенциальной U энергий; Е = Т + U не зависит от времени. Когда отклонение х нельзя считать малым, в разложении U (x) необходим учёт членов более высокого порядка – уравнение движения становится нелинейным, а О. называется ангармоническим.

  Понятие О. применяется также к немеханическим колебательным системам в электромагнетизме, акустике, теории тяготения и т.д. Наиболее часто встречающийся электрический О. – колебательный контур, содержащий индуктивность и ёмкость. Колебания напряжённостей электрических и магнитного полей в плоской электромагнитной волне также можно описывать с помощью понятия О.

  Квантовый О. В квантовой механике задача о линейном (с одной степенью свободы) гармонический О. решается с помощью Шрёдингера уравнения, в котором потенциальная энергия полагается равной U = kx ²/2. При этом оказывается, что решение существует лишь для дискретного набора значений энергии

  , n = 0, 1, 2, …, где  – Планка постоянная. Важной особенностью энергетического спектра О. является то, что уровни энергии E_nрасположены на равных расстояниях. Т. к. отбора правила разрешают в данном случае переходы только между соседними уровнями, то, хотя квантовый О. имеет набор собственных частот w_n= E_n /, излучение его происходит на одной частоте w, совпадающей с классической: . В отличие от классического О., наименьшее возможное значение энергии (при n = 0) квантового О. равно не нулю, а w /2 (нулевая энергия).

  Понятие О. играет важную роль в теории твёрдого тела, в теории электромагнитного излучения, в теории колебательных спектров молекул.

  Лит.: Ландау Л. Д., Лившиц Е. М., Механика. Электродинамика, М., 1969 (Краткий курс теоретической физики, кн. 1), гл. 5; их же, Теория поля, 5 изд., М., 1967 (Теоретическая физика, т. 2); их же, Квантовая механика, М., 1963 (Теоретическая физика, т. 3); Леонтович М. А., Статистическая физика, М. – Л., 1944.

  В. П. Павлов.

Осы

О'сы, сборное название всех жалящих перепончатокрылых насекомых, исключая пчёл и муравьев. К О. относят блестянок, дорожных ос, немок, роющих ос, сколий, тифий, ос настоящих.

Осы настоящие

О'сы настоя'щие, складчато-крылые осы (Vespidae), семейство перепончатокрылых насекомых. В покое передние крылья складываются вдоль спины. Окраска брюшка часто из чередующихся чёрных и жёлтых полос. Среди О. н. есть как одиночно живущие виды, самки которых выкармливают личинок убитыми насекомыми (одиночные осы) или пыльцой (цветочные осы), так и формы, ведущие общественный образ жизни (имеющие плодовитых и бесплодных самок – работниц) и строящие сложные гнёзда из бумаги (общественные осы).

Осым

О'сым (Осъм), река в Болгарии, правый приток Дуная. Длина 314 км, площадь бассейна 2874 км². Истоки в хребте Стара-Планина, протекает большей частью в глубокой долине. Питание снегово-дождевое. Паводок в марте – июне, летне-осенняя межень. Несудоходна, используется для орошения. На О. – г. Ловеч.

Осыпи

О'сыпи, скопления обломков горных пород у основания и в нижней части крутых горных склонов. Образуются в результате выветривания горных пород и скатывания обломков вниз по склону. Материал не сортирован и состоит обычно из угловатых обломков различного размера – от песчаных зёрен и мелкого щебня до глыб поперечником в несколько м. Поверхность О. имеет уклон, близкий к углу естественного откоса, крутизна которого достигает 30—40°. В зависимости от крутизны угла откоса О. обнаруживают различную степень подвижности.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ОС)"