Un tube cathodique, inventé en 1897, est un dispositif à vide électronique qui a beaucoup en commun avec un tube à vide conventionnel. Extérieurement, le tube est un flacon en verre avec un col allongé et une extrémité plate – un écran.
À l'intérieur de l'ampoule et du col, ainsi qu'à l'intérieur du cylindre d'une lampe électronique, se trouvent des électrodes dont les fils, comme ceux de la lampe, sont soudés aux pattes du culot.
L’objectif principal d’un tube cathodique est de produire une image visible à l’aide de signaux électriques. En appliquant des tensions appropriées aux électrodes du tube, vous pouvez dessiner sur son écran des graphiques de tensions et de courants alternatifs, les caractéristiques de divers appareils radio, et également obtenir des images animées similaires à celles que l'on voit sur un écran de cinéma.
Riz. 1. Magnifique crayon.
Tout cela fait du tube cathodique un élément indispensable des téléviseurs, des radars et de nombreux instruments de mesure et de calcul.
Quel genre de « crayon rapide » parvient à dessiner des impulsions de courant sur l’écran d’un tube cathodique qui durent des millionièmes de seconde ? Comment parvenez-vous à sélectionner les tons d’un motif complexe ? Comment pouvez-vous « effacer » instantanément une image de l’écran et en créer une autre à la même vitesse ? (Fig. 1).
Écran fluorescent au faisceau d'électrons. Le fonctionnement d'un tube cathodique repose sur la capacité de certaines substances (willite, sulfure de zinc, aluminate de zinc :) à briller (luminesce) sous l'influence d'un bombardement électronique.
Si l'anode d'un tube électronique conventionnel est recouverte de l'intérieur d'une telle substance luminescente, elle brillera vivement en raison du bombardement par les électrons formant le courant anodique. À propos, une telle anode luminescente est utilisée dans l'un des tubes électroniques spéciaux - l'indicateur de réglage optique 6E5C. L'intérieur de l'extrémité épaissie du flacon est recouvert d'une composition luminescente, formant ainsi l'écran luminescent d'un tube cathodique. À l’aide d’un dispositif spécial – un « canon à électrons » – un faisceau étroit d’électrodes – un « faisceau d’électrons » – est dirigé du col du tube vers l’écran.
Riz. 2. L'écran brille sous l'action d'un faisceau d'électrons.
A l'endroit où les électrons frappent la couche luminescente, un point lumineux se forme sur l'écran, bien visible (depuis l'extrémité) de l'extérieur du tube à travers le verre. Plus le nombre d'électrons formant un faisceau est grand et plus ces électrons se déplacent rapidement, plus le point lumineux sur l'écran luminescent est brillant.
Si le faisceau d'électrons se déplace dans l'espace, le point lumineux se déplacera également à travers l'écran, et si le faisceau se déplace assez rapidement, alors notre œil verra des lignes lumineuses continues sur l'écran au lieu d'un point en mouvement (Fig. 2).
Si vous tracez rapidement l'ensemble de l'écran ligne par ligne avec un faisceau d'électrons et modifiez en même temps le courant du faisceau (c'est-à-dire la luminosité du point lumineux) en conséquence, vous pouvez alors obtenir une image complexe et assez claire sur l'écran.
Ainsi, l'image sur l'écran luminescent du tube est obtenue à l'aide d'un faisceau d'électrons fortement dirigé et donc, tout comme dans un tube électronique, les principaux processus dans le tube sont associés à la production et au mouvement ordonné d'électrons libres dans le vide. .
Tube cathodique et triode
Un tube cathodique est à bien des égards similaire à un tube d'amplification - une triode. Tout comme une lampe, le tube contient une cathode qui émet les électrons nécessaires à la production du faisceau électronique. De la cathode du tube, les électrons se déplacent vers l'écran qui, comme l'anode de la triode, a un potentiel positif élevé par rapport à la cathode.
Riz. 3. Émergence d'électrons secondaires
Cependant, appliquer une tension positive directement sur l'écran est difficile, car la substance luminescente est un semi-conducteur. Par conséquent, les tensions positives sur l’écran doivent être créées indirectement. L’intérieur du ballon est recouvert d’une couche de graphite à laquelle une tension positive est appliquée. Les électrons formant le faisceau, frappant avec force la substance luminescente, en « chassent » les électrons dits « secondaires », qui se déplacent de manière ordonnée vers le revêtement de graphite sous l'influence d'une tension positive sur celui-ci (Fig. 3).
Au premier instant, le nombre d’électrons secondaires sortant de l’écran est bien supérieur au nombre d’électrons du faisceau qui y pénètrent. Cela conduit à la formation d'un manque d'électrons dans les atomes de la substance luminescente, c'est-à-dire que l'écran acquiert un potentiel positif. L'équilibre entre le nombre d'électrons frappant l'écran et le nombre d'électrons secondaires qui en sont éliminés ne sera établi que lorsque la tension sur l'écran du tube est proche de la tension sur le revêtement de graphite. Ainsi, le courant dans le tube cathodique est fermé le long du trajet cathode - écran - revêtement en graphite, et c'est donc le revêtement en graphite qui joue le rôle d'anode, bien que les électrodes sortant de la cathode ne le frappent pas directement .
Près de la cathode du tube se trouve une électrode de commande (modulateur), qui joue le même rôle que la grille de commande de la triode. En modifiant la tension sur l'électrode de commande, vous pouvez modifier la quantité de courant du faisceau, ce qui entraînera à son tour une modification de la luminosité du point brillant sur l'écran.
Cependant, outre les similitudes entre un tube électronique amplificateur et un tube cathodique, il existe des caractéristiques dans le fonctionnement de ce dernier qui le distinguent fondamentalement d'une triode.
Premièrement, les électrons se déplacent de la cathode vers l’écran du tube selon un faisceau étroit, tandis qu’ils se déplacent selon un « front large » vers l’anode de la lampe.
Deuxièmement, pour créer une image dessus en déplaçant un point lumineux à travers l'écran, il est nécessaire de changer la direction du mouvement des électrons volant vers l'écran et ainsi déplacer le faisceau d'électrons dans l'espace.
De tout cela, il résulte que les processus les plus importants qui distinguent un tube d'une triode sont la formation d'un mince faisceau d'électrons et la déviation de ce faisceau dans différentes directions.
Formation et focalisation du faisceau d'électrons
La formation d'un faisceau d'électrons commence déjà près de la cathode du tube cathodique, qui consiste en un petit cylindre de nickel avec un capuchon recouvert d'un matériau émetteur (émettant bien des électrons lorsqu'il est chauffé). Un fil isolé – un élément chauffant – est placé à l’intérieur du cylindre. Grâce à cette conception de cathode, les électrons sont émis depuis une surface beaucoup plus petite que dans un tube à vide conventionnel. Cela crée immédiatement une certaine directionnalité du faisceau d'électrons sortant de la cathode.
La cathode du tube cathodique est placée dans un bouclier thermique - un cylindre métallique dont la partie terminale, dirigée vers l'ampoule, est ouverte. De ce fait, les électrons ne se déplacent pas depuis la cathode dans toutes les directions, comme c'est le cas dans une lampe, mais uniquement en direction de l'écran luminescent. Cependant, malgré la conception particulière de la cathode et du bouclier thermique, le flux des électrons en mouvement reste excessivement large.
Un fort rétrécissement du flux électronique est réalisé par l'électrode de commande qui, bien qu'elle joue le rôle de grille de contrôle, n'a structurellement rien de commun avec la grille. L'électrode de commande se présente sous la forme d'un cylindre recouvrant la cathode, à l'extrémité duquel est pratiqué un trou rond d'un diamètre de plusieurs dixièmes de millimètre.
Une polarisation négative importante (plusieurs dizaines de volts) est appliquée à l'électrode de commande, grâce à laquelle elle repousse les électrons qui, comme on le sait, ont une charge négative. Sous l'influence d'une tension négative, les trajectoires (chemins de mouvement) des électrons traversant un trou étroit de l'électrode de commande sont « comprimées » vers le centre de ce trou et ainsi un faisceau d'électrons assez fin se forme.
Cependant, pour que le tube fonctionne normalement, il faut non seulement créer un faisceau d'électrons, mais aussi le focaliser, c'est-à-dire faire en sorte que les trajectoires de tous les électrons du faisceau convergent vers l'écran en un point. Si le faisceau n'est pas focalisé, un point lumineux assez grand apparaîtra sur l'écran au lieu d'un point lumineux et, par conséquent, l'image sera floue ou, comme disent les photographes amateurs, « floue ».
Riz. 4. Canon à électrons et son analogie optique.
Le faisceau est focalisé par un système optique électronique, qui agit sur les électrons en mouvement de la même manière que l'optique conventionnelle sur les rayons lumineux. Le système optique électronique est constitué de lentilles électrostatiques (focalisation statique) ou de lentilles électromagnétiques (focalisation magnétique) dont le résultat final est le même.
Une lentille électrostatique n'est rien de plus (Fig. 4a) qu'un champ électrique formé à l'aide d'électrodes spéciales, sous l'influence desquelles les trajectoires des électrons du faisceau sont courbées. Dans un tube à focalisation statique (Fig. 4, b), il y a généralement deux lentilles, pour la formation desquelles on utilise une électrode de commande déjà connue, ainsi que deux électrodes spéciales : la première et la deuxième anodes. Ces deux électrodes sont des cylindres métalliques, parfois de diamètres différents, auxquels est appliquée une forte tension positive (par rapport à la cathode) : la première anode est généralement de 200 à 500 V, la seconde de 800 à 15 000 V.
Une première lentille est formée entre l'électrode de commande et la première anode. Son analogue optique est une lentille collectrice à courte focale, composée de deux éléments : une lentille biconvexe et une lentille biconcave. Cette lentille produit une image de la cathode à l’intérieur de la première anode, qui est à son tour projetée sur l’écran du tube à l’aide de la seconde lentille.
La deuxième lentille est formée par le champ entre la première et la deuxième anode et est similaire à la première lentille, sauf que sa distance focale est beaucoup plus longue. Ainsi, la première lentille joue le rôle de condenseur, et la seconde lentille fait office d'objectif de projection principal.
À l'intérieur des anodes se trouvent de fines plaques métalliques avec des trous au centre - des diaphragmes qui améliorent les propriétés de focalisation des lentilles.
En modifiant la tension sur l'une des trois électrodes qui forment les lentilles électrostatiques, vous pouvez modifier les propriétés des lentilles, obtenant ainsi une bonne focalisation du faisceau. Cela se fait généralement en modifiant la tension à la première anode.
Quelques mots sur les noms des électrodes « première anode » et « seconde anode ». Précédemment, nous avons établi que le rôle de l'anode dans un tube cathodique est joué par le revêtement de graphite situé à proximité de l'écran. Cependant, les première et deuxième anodes, principalement destinées à focaliser le faisceau, en raison de la présence d'une tension positive importante sur elles, accélèrent les électrons, c'est-à-dire qu'elles font la même chose que l'anode d'une lampe intensificatrice. Les noms de ces électrodes peuvent donc être considérés comme justifiés, d'autant plus qu'une partie des électrons s'échappant de la cathode tombe dessus.
Riz. 5. Tube de focalisation magnétique. 1-électrode de commande ; 2-première anode ; 3-bobine de focalisation ; 4-revêtement de graphite ; 5-écran luminescent ; 6—flacon.
Dans les tubes cathodiques à focalisation magnétique (Fig. 5), il n'y a pas de seconde anode. Le rôle de lentille collectrice dans ce tube est joué par un champ magnétique. Ce champ est formé par une bobine recouvrant le col du tube à travers laquelle passe un courant continu. Le champ magnétique de la bobine crée un mouvement de rotation des électrons. Dans le même temps, les électrons se déplacent à grande vitesse parallèlement à l'axe du tube vers l'écran luminescent sous l'influence d'une tension positive sur celui-ci. En conséquence, les trajectoires des électrons forment une courbe « ressemblant à une hélice ».
À mesure qu’ils s’approchent de l’écran, la vitesse du mouvement de translation des électrons augmente et l’effet du champ magnétique s’affaiblit. Par conséquent, le rayon de la courbe diminue progressivement et, près de l’écran, le faisceau d’électrons s’étire en un mince faisceau droit. Une bonne focalisation est généralement obtenue en modifiant le courant dans la bobine de focalisation, c'est-à-dire en modifiant l'intensité du champ magnétique.
L’ensemble du système de production d’un faisceau d’électrons dans des tubes est souvent appelé « canon à électrons » ou « projecteur à électrons ».
Déviation du faisceau électronique
La déviation du faisceau électronique, ainsi que sa focalisation, s'effectue à l'aide de champs électriques (déviation électrostatique) ou à l'aide de champs magnétiques (déviation magnétique).
Dans les tubes à déviation électrostatique (Fig. 6a), le faisceau d'électrons, avant de toucher l'écran, passe entre quatre plaques d'électrodes métalliques plates, appelées plaques de déflexion.
Riz. 6. Utilisation du contrôle du faisceau. a—champs électrostatiques et b—magnétiques.
L'étudiant doit savoir : schéma fonctionnel d'un oscilloscope ; but des principaux blocs de l'oscilloscope ; dispositif et principe de fonctionnement d'un tube cathodique ; principe de fonctionnement d'un générateur de balayage (tension en dents de scie), ajout d'oscillations perpendiculaires entre elles.
L'étudiant doit être capable de : déterminer expérimentalement le prix de la division horizontale et verticale, mesurer l'amplitude de la tension continue, la période, la fréquence et l'amplitude de la tension alternative.
Brève théorie Structure de l'oscilloscope
Un oscilloscope électronique est un appareil universel qui vous permet de surveiller des processus électriques rapides (d'une durée allant jusqu'à 10 à 12 s). À l'aide d'un oscilloscope, vous pouvez mesurer la tension, le courant, les intervalles de temps et déterminer la phase et la fréquence du courant alternatif.
Parce que Étant donné que des différences potentielles surviennent dans le fonctionnement des nerfs et des muscles des organismes vivants, l'oscilloscope électronique ou ses modifications sont largement utilisés dans les études biologiques et médicales du fonctionnement de divers organes, du cœur, du système nerveux, des yeux, de l'estomac, etc.
L'appareil peut être utilisé pour observer et mesurer des quantités non électriques si des transducteurs primaires spéciaux sont utilisés.
Il n'y a pas de pièces mécaniques mobiles dans un oscilloscope (voir Fig. 1), mais le faisceau d'électrons est dévié dans un champ électrique ou magnétique. Un faisceau étroit d'électrons frappant un écran recouvert d'une composition spéciale le fait briller à cet endroit. Lorsque le faisceau d'électrons se déplace, vous pouvez le suivre grâce au mouvement du point lumineux sur l'écran.
Le faisceau d'électrons « surveille » l'évolution du champ électrique étudié, en suivant son rythme, car le faisceau d'électrons est pratiquement sans inertie.
Riz. 1. Fig. 2.
Structure du tube cathodique Cathode et modulateur
C'est le grand avantage d'un oscilloscope électronique par rapport aux autres instruments d'enregistrement.
Un oscilloscope électronique moderne comprend les composants principaux suivants : un tube cathodique (CRT), un générateur de balayage, des amplificateurs et une alimentation.
Conception et fonctionnement d'un tube cathodique
Considérons le dispositif d'un tube cathodique à focalisation électrostatique et contrôle électrostatique du faisceau d'électrons.
CRT, représenté schématiquement sur la Fig. 1, est un flacon en verre de forme spéciale dans lequel un vide poussé est créé (environ 10 à 7 mm Hg). À l'intérieur du flacon se trouvent des électrodes qui remplissent la fonction d'un canon à électrons pour produire un faisceau étroit d'électrons ; des plaques déflectrices de faisceau et un écran recouvert d'une couche de phosphore.
Le canon à électrons se compose d'une cathode 1, d'une électrode de commande (modulation) 2, d'une électrode de blindage supplémentaire 3 et des première et deuxième anodes 4, 5.
La cathode chauffante 1 se présente sous la forme d'un petit cylindre de nickel, à l'intérieur duquel se trouve un filament ; elle présente à l'extrémité avant une couche d'oxyde avec un faible travail de travail électronique pour l'obtention d'électrons (Fig. 2).
La cathode est située à l’intérieur de l’électrode de commande ou modulateur, qui est une coupelle métallique avec un trou à l’extrémité par lequel les électrons peuvent passer. L'électrode de commande a un potentiel négatif par rapport à la cathode et, en modifiant la valeur de ce potentiel, vous pouvez réguler l'intensité du flux d'électrons traversant son trou et ainsi modifier la luminosité de l'écran. Dans le même temps, le champ électrique entre la cathode et le modulateur focalise le faisceau électronique (Fig. 2).
L'électrode de blindage 3 a un potentiel légèrement supérieur au potentiel cathodique et sert à faciliter la sortie des électrons, éliminant l'interaction des champs électriques de l'électrode de commande 2 et de la première anode 4.
Une focalisation et une accélération supplémentaires des électrons se produisent par le champ électrique entre la première et la seconde anode, formant une lentille électronique. Ces anodes sont réalisées sous forme de cylindres avec des diaphragmes à l'intérieur. La première anode 4 est alimentée par un potentiel positif par rapport à la cathode de l'ordre de la centaine de volts, et la seconde 5 de l'ordre du millier de volts. Les lignes d'intensité du champ électrique entre ces anodes sont représentées sur la figure 3.
Objectifs du poste
- familiarité générale avec la conception et le principe de fonctionnement des oscilloscopes électroniques,
- déterminer la sensibilité de l'oscilloscope,
- Réalisation de quelques mesures dans un circuit à courant alternatif à l'aide d'un oscilloscope.
Informations générales sur la conception et le fonctionnement d'un oscilloscope électronique
À l'aide de la cathode du tube cathodique de l'oscilloscope, un flux d'électrons est créé, qui se forme dans le tube en un faisceau étroit dirigé vers l'écran. Un faisceau d'électrons focalisé sur l'écran du tube provoque au point d'impact une tache lumineuse dont la luminosité dépend de l'énergie du faisceau (l'écran est recouvert d'une composition luminescente spéciale qui brille sous l'influence du faisceau d'électrons). Le faisceau d'électrons est pratiquement sans inertie, de sorte que le point lumineux peut être déplacé presque instantanément dans n'importe quelle direction à travers l'écran si un champ électrique est appliqué au faisceau d'électrons. Le champ est créé à l’aide de deux paires de plaques planes parallèles appelées plaques déflectrices. La faible inertie du faisceau permet d'observer des processus évoluant rapidement avec une fréquence de 10 9 Hz ou plus.
En considérant les oscilloscopes existants, de conception et d'objectif différents, vous pouvez voir que leur schéma fonctionnel est à peu près le même. Les nœuds principaux et obligatoires doivent être :
Tube cathodique pour l'observation visuelle du processus étudié ;
Alimentations pour obtenir les tensions nécessaires fournies aux électrodes des tubes ;
Dispositif de réglage de la luminosité, de la mise au point et du décalage du faisceau ;
Générateur de balayage pour déplacer le faisceau d'électrons (et, par conséquent, le point lumineux) à travers l'écran du tube à une certaine vitesse ;
Amplificateurs (et atténuateurs) utilisés pour amplifier ou atténuer la tension du signal testé si elle n'est pas suffisante pour dévier sensiblement le faisceau sur l'écran du tube ou, au contraire, est trop élevée.
Appareil à tube cathodique
Tout d'abord, considérons le dispositif d'un tube cathodique (Fig. 36.1). Il s'agit typiquement d'un flacon en verre 3, mis sous vide poussé. Dans sa partie étroite se trouve une cathode chauffée 4, à partir de laquelle des électrons sont émis en raison de l'émission thermoionique. Un système d'électrodes cylindriques 5, 6, 7 focalise les électrons dans un faisceau étroit 12 et contrôle son intensité. Viennent ensuite deux paires de plaques de déflexion 8 et 9 (horizontales et verticales) et, enfin, l'écran 10 - le fond de l'ampoule 3, recouvert d'une composition luminescente, grâce à laquelle la trace du faisceau électronique devient visible.
La cathode comprend un filament de tungstène - réchauffeur 2, situé dans un tube étroit dont l'extrémité (pour réduire le travail des électrons) est recouverte d'une couche d'oxyde de baryum ou de strontium et constitue en fait la source du flux d'électrons.
Le processus de transformation des électrons en un faisceau étroit à l’aide de champs électrostatiques est à bien des égards similaire à l’effet des lentilles optiques sur un faisceau lumineux. Par conséquent, le système d'électrodes 5, 6, 7 est appelé dispositif électro-optique.
L'électrode 5 (modulateur) en forme de cylindre fermé avec un trou étroit est sous un léger potentiel négatif par rapport à la cathode et remplit des fonctions similaires à la grille de contrôle d'un tube électronique. En modifiant l'amplitude de la tension négative sur l'électrode de modulation ou de contrôle, vous pouvez modifier le nombre d'électrons passant à travers son trou. Par conséquent, à l’aide d’une électrode modulante, vous pouvez contrôler la luminosité du faisceau sur l’écran. Le potentiomètre qui contrôle la quantité de tension négative sur le modulateur est affiché sur le panneau avant de l'oscilloscope avec l'inscription « luminosité ».
Un système de deux cylindres coaxiaux 6 et 7, appelés première et deuxième anodes, permet d'accélérer et de focaliser le faisceau. Le champ électrostatique dans l'espace entre la première et la deuxième anode est dirigé de telle manière qu'il dévie les trajectoires divergentes des électrons vers l'axe du cylindre, tout comme un système optique composé de deux lentilles agit sur un faisceau lumineux divergent. Dans ce cas, la cathode 4 et le modulateur 5 constituent la première lentille électronique, et une autre lentille électronique correspond aux première et deuxième anodes.
En conséquence, le faisceau d'électrons est focalisé en un point qui doit se trouver dans le plan de l'écran, ce qui est possible grâce au choix approprié de la différence de potentiel entre la première et la deuxième anode. Le bouton du potentiomètre qui régule cette tension est situé sur le panneau avant de l'oscilloscope avec l'inscription « focus ».
Lorsqu'un faisceau d'électrons frappe l'écran, une tache lumineuse nettement définie (correspondant à la section transversale du faisceau) se forme dessus, dont la luminosité dépend du nombre et de la vitesse des électrons dans le faisceau. La majeure partie de l'énergie du faisceau lors du bombardement de l'écran est convertie en chaleur. Pour éviter de brûler le revêtement luminescent, une luminosité élevée n'est pas autorisée avec un faisceau d'électrons stationnaire. Le faisceau est dévié à l'aide de deux paires de plaques planes parallèles 8 et 9 situées perpendiculairement l'une à l'autre.
S'il existe une différence de potentiel entre les plaques d'une paire, un champ électrique uniforme entre elles dévie la trajectoire du faisceau d'électrons en fonction de l'amplitude et du signe de ce champ. Les calculs montrent que la quantité de déviation du faisceau sur l'écran du tube D(en millimètres) lié à la tension de plaque UD et tension à la deuxième anode Ua 2(en volts) comme suit :
(36.1),
Les phosphores sont appliqués sur l'écran d'un tube cathodique sous la forme de minuscules points, et ces points sont rassemblés par groupes de trois ; dans chaque trois, ou triade, il y a un point rouge, un bleu et un vert. Dans la figure, je vous ai montré plusieurs de ces triades. Au total, il y a environ 500 000 triades sur l'écran du tube. L’image que vous voyez à la télévision est entièrement constituée de points lumineux. Là où les détails de l’image sont plus clairs, plus d’électrons frappent les points et ils brillent plus fort. En conséquence, moins d’électrons tombent dans les zones sombres de l’image. S'il y a un détail blanc dans une image couleur, alors partout dans ce détail, les trois points de chaque triade brillent avec la même luminosité. Au contraire, s'il y a un détail rouge dans une image couleur, alors partout dans ce détail, seuls les points rouges de chaque triade brillent, et les points verts et bleus ne brillent pas du tout.
Comprenez-vous ce que signifie créer une image couleur sur un écran de télévision ? Il s'agit, premièrement, de forcer les électrons à tomber aux bons endroits, c'est-à-dire vers les points de phosphore qui devraient briller, et de ne pas tomber vers d'autres endroits, c'est-à-dire vers les points qui ne devraient pas briller. Deuxièmement, les électrons doivent arriver au bon endroit au bon moment. Après tout, l'image sur l'écran change constamment, et là où à un moment donné, par exemple, il y avait une tache orange vif, un instant plus tard, une tache violet foncé devrait apparaître. Enfin, troisièmement, le bon nombre d’électrons doit tomber au bon endroit et au bon moment. Plus - là où la lueur devrait être plus brillante, et moins - là où la lueur est plus sombre.
Comme il y a près d'un million et demi de points de phosphore sur l'écran, la tâche semble à première vue extrêmement difficile. En fait, rien de compliqué. Tout d’abord, un tube cathodique possède non pas une, mais trois cathodes chauffées distinctes. Exactement la même chose que dans un tube à vide ordinaire. Chaque cathode émet des électrons et crée un nuage d’électrons autour d’elle. Près de chaque cathode se trouvent une grille et une anode. Le nombre d’électrons traversant la grille jusqu’à l’anode dépend de la tension aux bornes de la grille. Jusqu'à présent, tout se passe comme dans une lampe ordinaire à trois électrodes - triode.
Quelle est la différence? L'anode ici n'est pas solide, mais avec un trou en plein centre. Par conséquent, la plupart des électrons se déplaçant de la cathode à l'anode ne sont pas retenus au niveau de l'anode - ils s'envolent à travers le trou sous la forme d'un faisceau rond. La structure, composée d’une cathode, d’une grille et d’une anode, est appelée canon à électrons. Le canon, pour ainsi dire, tire un faisceau d'électrons, et le nombre d'électrons dans le faisceau dépend de la tension sur la grille.
Canons à électrons visés de sorte que le faisceau émis par le premier canon n'atteint toujours que les points rouges des triades, le faisceau du deuxième canon n'atteint que les points verts et le faisceau du troisième canon n'atteint que les points bleus. De cette manière, l'un des trois problèmes liés à la création d'une image couleur est résolu. En appliquant les tensions requises aux grilles de chacun des trois canons, les intensités requises de lumière rouge, verte et bleue sont définies, et fournissent donc la coloration souhaitée pour chaque détail de l'image.
Tubes cathodiques (CRT) avec contrôle électrostatique, c'est-à-dire avec focalisation et déviation du faisceau par un champ électrique, appelé par souci de brièveté tubes électrostatiques, particulièrement largement utilisé dans les oscilloscopes.
Riz. 20.1. Le principe du dispositif (a) et la désignation graphique conventionnelle (b) d'un tube cathodique électrostatique
En figue. La figure 20.1 montre le principe de conception du type le plus simple de tube électrostatique et sa représentation sous forme de schémas. Le ballon tube a une forme cylindrique avec une extension en forme de cône ou en forme de cylindre de plus grand diamètre. Appliqué sur la surface intérieure de la base de la partie expansée écran fluorescent LE- une couche de substances capables d'émettre de la lumière lorsqu'elles sont frappées par des électrons. À l'intérieur du tube se trouvent des électrodes qui comportent des conducteurs, généralement sur les broches de la base (pour simplifier la figure, les conducteurs passent directement à travers le verre du cylindre).
Cathode À Il existe généralement un oxyde chauffé indirectement sous la forme d'un cylindre avec un élément chauffant. La borne cathodique est parfois combinée avec une borne chauffante. La couche d'oxyde est déposée au fond de la cathode. Autour de la cathode se trouve une électrode de commande appelée modulateur (M), de forme cylindrique avec un trou au fond. Cette électrode sert à contrôler la densité du flux électronique et à le pré-focaliser. Une tension négative (généralement des dizaines de volts) est fournie au modulateur. À mesure que cette tension augmente, davantage d’électrons retournent à la cathode. À une certaine tension de modulateur négative, le tube est bloqué.
Les électrodes suivantes, également de forme cylindrique, sont des anodes. Dans le cas le plus simple, il y en a deux. Sur deuxième anode A 2 la tension varie de 500 V à plusieurs kilovolts (parfois 10 à 20 kV), et à première anode A 1 la tension est plusieurs fois inférieure. À l'intérieur des anodes se trouvent des cloisons percées de trous (diaphragmes). Sous l'influence du champ accélérateur des anodes, les électrons acquièrent une vitesse importante. La focalisation finale du flux électronique est réalisée à l'aide d'un champ électrique non uniforme dans l'espace entre les anodes, ainsi que grâce à des diaphragmes. Les systèmes de mise au point plus complexes contiennent un plus grand nombre de cylindres.
Un système composé d'une cathode, d'un modulateur et d'anodes est appelé projecteur électronique (pistolet à électrons) et sert à créer un faisceau d'électrons, c'est-à-dire un mince flux d'électrons volant à grande vitesse de la deuxième anode vers l'écran luminescent.
Sur le trajet du faisceau d'électrons, deux paires sont placées perpendiculairement l'une à l'autre. plaques de déflexion P X Et P. oui . La tension qui leur est appliquée crée un champ électrique qui dévie le faisceau d'électrons vers la plaque chargée positivement. Le champ des plaques est transversal pour les électrons. Dans un tel champ, les électrons se déplacent le long de trajectoires paraboliques et, après l'avoir quitté, ils se déplacent ensuite de manière rectiligne par inertie, c'est-à-dire que le faisceau d'électrons reçoit une déviation angulaire. Plus la tension sur les plaques est élevée, plus le faisceau est dévié et plus la lumière, dite tache électronique, résultant d’impacts électroniques.
Assiettes P. oui dévient le faisceau verticalement et sont appelés plaques de déflexion verticale (plaques "Y"), et les assiettes P. X - plaques de déflexion horizontales (plaques "X"). Une plaque de chaque paire est parfois connectée au corps de l'équipement (châssis), c'est-à-dire qu'elle a un potentiel nul. Cette inclusion de plaques est appelée asymétrique. Pour éviter la création d'un champ électrique entre la seconde anode et le boîtier, qui affecte le vol des électrons, la seconde anode est généralement également connectée au boîtier. Alors, en l'absence de tension sur les plaques déflectrices, entre elles et la seconde anode il n'y aura aucun champ agissant sur le faisceau d'électrons.
Riz. 20.2. Alimenter le tube électrostatique à partir de deux sources
Puisque la deuxième anode est connectée au boîtier, la cathode, qui a un potentiel négatif élevé égal à la tension de la deuxième anode, doit être bien isolée du boîtier. Lorsque l'appareil est sous tension, toucher les fils du circuit de la cathode, du modulateur et du filament est dangereux. Étant donné que le faisceau d'électrons peut être affecté par des champs électriques et magnétiques étrangers, le tube est souvent placé dans un boîtier de protection en acier doux.
La lueur d'un écran luminescent s'explique par l'excitation des atomes de la substance de l'écran. Les électrons, frappant l'écran, transfèrent leur énergie aux atomes de l'écran, dans lesquels l'un des électrons se déplace vers une orbite plus éloignée du noyau. Lorsqu'un électron retourne sur son orbite, il est libéré quantum d'énergie rayonnante (photon) et une lueur est observée. Ce phénomène est appelé cathodoluminescence, et les substances qui brillent sous l'impact des électrons sont appelées cathodoluminophores ou simplement phosphores.
Les électrons frappant l’écran peuvent le charger négativement et créer un champ retardateur qui réduit leur vitesse. Cela réduira la luminosité de l’écran et pourrait empêcher complètement les électrons d’atteindre l’écran. Il est donc nécessaire de retirer la charge négative de l’écran. Pour ce faire, appliquez sur la surface intérieure du cylindre couche conductrice. Il s'agit généralement de graphite et est appelé Aquadag. Akvadag est connecté à la deuxième anode. Les électrons secondaires, expulsés de l'écran par les impacts des électrons primaires, volent vers la couche conductrice. Après le départ des électrons secondaires, le potentiel de l’écran est généralement proche du potentiel de la couche conductrice. Certains tubes ont un fil provenant de la couche conductrice ( PS sur la figure), qui peut être utilisée comme anode supplémentaire avec une tension plus élevée. Dans ce cas, les électrons sont encore accélérés après déviation dans le système de plaques de déflexion (appelées post-accélération).
La couche conductrice empêche également la formation de charges négatives sur les parois du cylindre à cause des électrons qui y pénètrent. Ces charges peuvent créer des champs supplémentaires qui perturbent le fonctionnement normal du tube. S'il n'y a pas de couche conductrice dans le tube, les électrons secondaires quittent l'écran vers les plaques de déflexion et la seconde anode.
Toutes les électrodes en tube sont généralement montées à l'aide de supports métalliques et d'isolateurs sur la tige du tube en verre.
Circuits de puissance. Les circuits de puissance du tube électrostatique sont illustrés à la Fig. 20.2. Les tensions CC sont fournies aux électrodes à partir de deux redresseurs E 1 Et E 2 . Le premier devrait produire une haute tension (centaines et milliers de volts) à un courant en unités de milliampères, la source E 2 - la tension est plusieurs fois inférieure. D'autres cascades fonctionnant conjointement avec le tube sont également alimentées par la même source. Par conséquent, il est conçu pour un courant de plusieurs dizaines de milliampères.
Le spot électronique est alimenté via un diviseur composé de résistances R. 1 R. 2 , R. 3 et R. 4 . Leur résistance est généralement élevée (centaines de kilo-ohms) de sorte que le diviseur consomme peu de courant. Le tube lui-même consomme également peu de courant : dans la plupart des cas des dizaines ou des centaines de microampères.
Resistance variable R. 1 est réglage de la luminosité. Il régule la tension négative du modulateur, qui est retiré de la section droite R. 1 Une augmentation de cette tension en valeur absolue réduit le nombre d'électrons dans le faisceau et, par conséquent, la luminosité de la lueur.
Pour réglage de la focalisation du faisceau sert de résistance variable R. 3 , à l'aide duquel la tension de la première anode est modifiée. Dans ce cas, la différence de potentiel change, et donc l'intensité du champ entre les anodes. Si, par exemple, le potentiel de la première anode est abaissé, la différence de potentiel entre les anodes augmentera, le champ deviendra plus fort et son effet de focalisation augmentera. Depuis la tension de la première anode U et 1 ne doit pas être réduit à zéro ou augmenté à la tension de la deuxième anode U un 2 , des résistances sont insérées dans le diviseur R. 2 Et R. 4
Tension de la deuxième anode U un 2 juste un peu moins que la tension E 1 (la différence est la chute de tension aux bornes de la résistance R. 1 ). Il faut rappeler que la vitesse des électrons s'échappant du projecteur ne dépend que de la tension de la deuxième anode, mais pas de la tension du modulateur et de la première anode. Certains électrons frappent les anodes, surtout si les anodes ont des diaphragmes. Par conséquent, des courants en fractions de milliampère circulent dans les circuits anodiques et sont fermés à travers la source E 1 . Par exemple, les électrons du courant de la première anode se déplacent dans le sens de la cathode vers l'anode, puis à travers la section droite de la résistance R. 3 et à travers une résistance R. 4 au plus de la source E 1 plus à l'intérieur et à travers une résistance R. 1 à la cathode.
Des résistances variables sont utilisées pour définir initialement le point lumineux sur l'écran. R. 5 et R. 6 , connecté à la source E 2 . Les moteurs de ces résistances à travers des résistances R. 7 et R. 8 à haute résistance sont reliés aux plaques de déflexion. De plus, en utilisant des résistances R. 9 Et R. 10 , ayant la même résistance, un point de potentiel zéro est établi, relié au boîtier. Pour les résistances R. 5 et R. 6 aux extrémités les potentiels sont de +0,5 E 2 et -0,5 E 2, et leurs points médians ont un potentiel nul. Lorsque les curseurs de résistance R. 5 , R. 6 sont en position médiane, alors la tension sur les plaques de déflexion est nulle. En déplaçant les curseurs de la position médiane, il est possible d'appliquer différentes tensions aux plaques, en déviant le faisceau d'électrons verticalement ou horizontalement et en établissant un point lumineux en tout point de l'écran.
Vers des plaques de déflexion via des condensateurs de couplage C 1 et AVEC 2, une tension alternative est également fournie, par exemple la tension testée lors de l'utilisation d'un tube d'oscillographie. Sans condensateurs, les plaques de déflexion seraient shuntées à la tension continue par la résistance interne de la source de tension alternative. Avec une faible résistance interne, la tension continue sur les plaques de déflexion diminuerait fortement. D'autre part, une source de tension alternative produit parfois une tension constante, qu'il n'est pas souhaitable d'appliquer aux plaques de déflexion. Dans de nombreux cas, il est également inacceptable que la tension continue présente dans les circuits des plaques déflectrices pénètre dans la source de tension alternative.
Résistances R. 7 et R. 8 inclus afin d'augmenter la résistance d'entrée du système de déviation pour les sources de tension alternative. Sans de telles résistances, ces sources seraient chargées avec beaucoup moins de résistance fournie par les résistances seules. R. 5 , R. 6 et résistances R. 9 , R. 10 . Dans ce cas, les résistances R. 7 et R. 8 ne réduisez pas la tension continue fournie aux plaques de déflexion, car aucun courant continu ne les traverse.
Le courant utile est le courant du faisceau d'électrons. Les électrons de ce courant se déplacent de la cathode vers l'écran luminescent et expulsent de ce dernier les électrons secondaires qui volent vers la couche conductrice puis se dirigent vers le plus de la source E 1 , puis à travers sa résistance interne et sa résistance R. 1 à la cathode.
Riz. 20.3. La première lentille de projecteur électronique
Les électrodes tubulaires peuvent être alimentées en utilisant d'autres options, par exemple à partir d'une seule source haute tension.
Projecteurs électroniques. Projecteur électronique représente système électro-optique, composé de plusieurs électrostatiques lentilles électroniques. Chaque lentille est formée par un champ électrique non uniforme, qui provoque la courbure des trajectoires des électrons (qui rappelle la réfraction des rayons lumineux dans les lentilles optiques), et accélère ou décélère également les électrons.
Le projecteur le plus simple contient deux lentilles. Le premier objectif, ou objectif de pré-mise au point, formé par la cathode, le modulateur et la première anode. En figue. La figure 20.3 montre le champ dans cette partie du projecteur. Les surfaces équipotentielles sont représentées par des lignes pleines et les lignes de champ par des tirets. Comme vous pouvez le voir, une partie des lignes électriques de la première anode va à la charge d'espace près de la cathode, et le reste au modulateur, qui a un potentiel négatif inférieur à celui de la cathode. Doubler BB´ divise conditionnellement le champ en deux parties. Le côté gauche du champ concentre le flux d’électrons et leur donne de la vitesse. Le côté droit du champ accélère encore les électrons et les diffuse quelque peu. Mais l’effet de diffusion est plus faible que l’effet de focalisation, puisque dans la partie droite du champ les électrons se déplacent à une vitesse plus élevée.
Riz. 20.4. Trajectoires des électrons dans la première lentille d'un projecteur électronique
Le champ considéré s'apparente à un système de deux lentilles - collecte Et diffusion. La lentille convergente est plus puissante que la lentille divergente et le système dans son ensemble effectue la mise au point. Cependant, le mouvement des flux d’électrons se produit selon des lois différentes de celles de la réfraction des rayons lumineux dans les lentilles.
En figue. La figure 20.4 montre les trajectoires des électrons des faisceaux d'électrons les plus externes émergeant de la cathode. Les électrons se déplacent le long de trajectoires courbes. Leurs flux sont concentrés et se croisent dans une petite zone appelée première intersection ou traversée et dans la plupart des cas est situé entre le modulateur et la première anode.
Premier objectif lancer court, car la vitesse des électrons y est relativement faible et leurs trajectoires sont assez fortement courbées.
À mesure que la tension négative du modulateur augmente en valeur absolue, la barrière de potentiel à proximité de la cathode augmente et de moins en moins d'électrons sont capables de la surmonter. Le courant cathodique diminue, et donc le courant du faisceau d'électrons et la luminosité de l'écran diminuent. La barrière de potentiel augmente dans une moindre mesure près de la partie centrale de la cathode, car ici le champ accélérateur pénétrant depuis la première anode à travers le trou du modulateur est plus fortement influencé. À une certaine tension de modulateur négative, la barrière de potentiel aux bords de la cathode augmente tellement que les électrons ne peuvent plus la surmonter. Seule la partie centrale de la cathode reste opérationnelle. Une augmentation supplémentaire de la tension négative réduit la surface de la partie active de la cathode et la réduit finalement à zéro, c'est-à-dire que le tube est verrouillé. Ainsi, le contrôle de la luminosité est associé à une modification de la surface de travail de la cathode.
Riz. 20.5. Deuxième lentille de focalisation du projecteur électronique
Riz. 20.6. Projecteur électronique avec électrode accélératrice (de blindage)
Considérons la focalisation du faisceau d'électrons dans la deuxième lentille, c'est-à-dire dans un système de deux anodes (Fig. 20.5, a). Doubler BB´ divise le champ entre les anodes en deux parties. La partie gauche du champ reçoit un flux d'électrons divergent, qui est focalisé, et le flux se dissipe dans la partie droite du champ. L'effet de diffusion est plus faible que l'effet de focalisation, puisque la vitesse des électrons dans la partie droite du champ est plus élevée que dans la gauche. L'ensemble du champ est similaire à un système optique constitué d'une lentille collectrice et divergente (Fig. 20.5, b). Puisque les vitesses des électrons dans le champ entre les anodes sont élevées, le système s’avère être téléobjectif Ceci est nécessaire car il est nécessaire de focaliser le faisceau d'électrons sur un écran situé assez loin.
À mesure que la différence de potentiel entre les anodes augmente (la tension de la première anode diminue), l'intensité du champ augmente et l'effet de focalisation s'intensifie. En principe, il est possible d'ajuster la focalisation en modifiant la tension de la deuxième anode, mais cela n'est pas pratique, car la vitesse des électrons s'échappant du projecteur va changer, ce qui entraînera une modification de la luminosité de la lueur allumée. l'écran et affectera la déviation du faisceau par les plaques de déflexion.
L'inconvénient du projecteur décrit est l'influence mutuelle du contrôle de la luminosité et de la focalisation. Un changement de potentiel de la première anode affecte la luminosité, puisque cette anode agit avec son champ sur la barrière de potentiel proche de la cathode. Et un changement dans la tension du modulateur déplace la région de la première intersection des trajectoires électroniques le long de l'axe du tube, ce qui perturbe la focalisation. De plus, la gradation modifie le courant de la première anode et, comme des résistances à haute résistance sont incluses dans son circuit, la tension sur celle-ci change, ce qui entraîne une défocalisation. Changer le courant de la deuxième anode n'affecte pas la focalisation, car il n'y a pas de résistances incluses dans le circuit de cette anode et, par conséquent, la tension aux bornes de celle-ci ne peut pas changer.
Actuellement, on utilise des projecteurs dans lesquels un supplément, accélérer (blindage) électrode(Fig. 20.6). Il est connecté à la deuxième anode et la tension à ses bornes est constante. En raison de l'effet de blindage de cette électrode, la modification du potentiel de la première anode lors du réglage de la focalisation ne modifie pratiquement pas le champ à la cathode.
Le système de focalisation, constitué d'une électrode accélératrice et de deux anodes, fonctionne de la manière suivante. Le champ entre la première et la deuxième anode est le même que celui illustré sur la figure. 20.5, a. Il effectue la mise au point comme expliqué précédemment. Entre l'électrode accélératrice et la première anode, il existe un champ non uniforme, similaire au champ entre les anodes, mais non en accélération, mais en décélération. Les électrons volant dans ce champ selon un flux divergent sont dispersés dans la moitié gauche du champ et focalisés dans la moitié droite. Dans ce cas, l’effet de focalisation est plus fort que l’effet de diffusion, puisque dans la moitié droite du champ la vitesse des électrons est plus faible. Ainsi, la focalisation se produit également dans la zone située entre l'électrode accélératrice et la première anode. Plus la tension de la première anode est faible, plus l'intensité du champ est élevée et plus la focalisation est forte.
Riz. 20.7. Déviation du faisceau électrostatique
Pour garantir que le contrôle de la luminosité ait moins d'impact sur la mise au point, la première anode est réalisée sans diaphragme (Fig. 20.6). Les électrons ne l'atteignent pas, c'est-à-dire que le courant de la première anode est nul. Les projecteurs électroniques modernes produisent sur l'écran un point lumineux dont le diamètre ne dépasse pas 0,002 du diamètre de l'écran.
Déviation du faisceau électrostatique. La déviation du faisceau d'électrons et de la tache lumineuse sur l'écran est proportionnelle à la tension sur les plaques de déflexion. Le coefficient de proportionnalité dans cette relation est appelé sensibilité du tube. Si on note la déviation verticale du spot par oui, et la tension sur les plaques Y passe par U oui , Que
oui = S oui U oui , (20.1)
Où S oui - sensibilité du tube pour plaques « Y ».
De la même manière, la déviation horizontale du spot
X = S X U X. (20.2)
Ainsi, la sensibilité du tube électrostatique est le rapport de la déflexion de la tache lumineuse sur l'écran à la tension de déflexion correspondante :
S X =x/U X Et S oui = oui/U oui . (20.3)
En d’autres termes, la sensibilité est la déviation du point lumineux pour 1 V de tension de déviation. La sensibilité est exprimée en millimètres par volt. Parfois, la sensibilité est comprise comme la réciproque de S X ou S oui , et exprimez-le en volts par millimètre.
Les formules (20.3) ne signifient pas que la sensibilité est inversement proportionnelle à la tension de déflexion. Si vous l'augmentez plusieurs fois U oui , alors il augmentera du même montant oui, et le sens S oui restera inchangé. Ainsi, S oui ne dépend pas de U oui . La sensibilité varie de 0,1 à 1,0 mm/V. Cela dépend du mode de fonctionnement et de certaines dimensions géométriques du tube (Fig. 20.7) :
S = je PL je /(2dU un 2) , (20.4)
Où je pl - longueur des plaques de déflexion ; je- distance du milieu des plaques à l'écran ; d - distance entre les plaques ; U un 2 - tension de la deuxième anode.
Cette formule n'est pas difficile à expliquer. Avec augmentation je L'électron pl vole plus longtemps dans le champ de déflexion et reçoit une plus grande déviation. Pour une même déviation angulaire, le déplacement de la tache lumineuse sur l'écran augmente avec la distance je. Si vous augmentez d, alors l'intensité du champ entre les plaques, et donc l'écart, diminuera. Augmentation de la tension U un 2 conduit à une diminution de la déviation car la vitesse à laquelle les électrons traversent le champ entre les plaques augmente.
Considérons la possibilité d'augmenter la sensibilité sur la base de la formule (20.4). Distance croissante je indésirable, car un tube trop long n'est pas pratique à utiliser. Si vous augmentez je svp ou réduire d, il est alors impossible d'obtenir une déviation significative du faisceau, puisqu'il heurtera les plaques. Pour éviter que cela ne se produise, les plaques sont pliées et positionnées les unes par rapport aux autres comme le montre la Fig. 20.8. Vous pouvez augmenter la sensibilité en abaissant la tension U un 2 . Mais cela est associé à une diminution de la luminosité de la lueur, ce qui est inacceptable dans de nombreux cas, notamment à grande vitesse du faisceau se déplaçant sur l'écran. La réduction de la tension anodique détériore également la focalisation. À une tension plus élevée U un 2 les électrons se déplacent à grande vitesse, la répulsion mutuelle des électrons a moins d’effet. Leurs trajectoires dans le projecteur électronique sont situées selon un léger angle par rapport à l'axe du tube. De telles trajectoires sont appelées paraxiale. Ils offrent une meilleure mise au point et moins de distorsion de l'image sur l'écran.
Réduire la luminosité de la lueur lorsque la tension de l'anode diminue U un 2 compensé en tubes avec post-accélération. Dans ces tubes, un projecteur électronique transmet aux électrons une énergie ne dépassant pas 1,5 keV. Avec une telle énergie, ils volent entre les plaques de déflexion puis tombent dans le champ accélérateur créé par la troisième anode. Cette dernière est une couche conductrice devant l'écran, séparée du reste de la couche reliée à la deuxième anode (Fig. 20.9, a). Où U un 3 > U un 2 . Le champ entre ces deux couches forme une lentille qui accélère les électrons. Mais en même temps, une certaine courbure des trajectoires des électrons se produit. En conséquence, la sensibilité diminue et une distorsion de l'image se produit. Ces inconvénients sont largement éliminés avec des post-accélérations répétées, lorsqu'il y a plusieurs anneaux conducteurs avec une tension progressivement croissante : U un 4 > U un 3 > U un 2 > U a1 (Fig.20.9, b).
Riz. 20.8. Plaques de déflexion
Riz. 20.9. Anodes supplémentaires pour la post-accélération
Si la tension de déviation change à très haute fréquence, des distorsions apparaissent dans l'image, car le temps de vol des électrons dans le champ des plaques de déviation devient proportionné à la période d'oscillation de la tension de déviation. Pendant ce temps, la tension sur les plaques change sensiblement (elle peut même changer de signe). Pour réduire ces distorsions, les plaques de déflexion sont raccourcies et des tensions d'accélération plus élevées sont utilisées. En outre, avec une fréquence croissante, l'influence de la capacité propre des plaques déflectrices devient de plus en plus prononcée.
Actuellement, pour l'oscillographie micro-ondes, des tubes spéciaux dotés de systèmes de déflexion plus complexes sont utilisés.
Mesure et observation de tensions alternatives. Si une tension alternative est appliquée aux plaques déflectrices « y », alors le faisceau d'électrons oscille et une ligne lumineuse verticale est visible sur l'écran (Fig. 20.10, UN) Sa longueur est proportionnelle à la double amplitude de la tension appliquée 2 U m . Connaître la sensibilité du tube et mesurer oui, peut être déterminé U m selon la formule
U m = oui/(2S y) . (20.5)
Riz. 20.10. Mesure de tension alternative à l'aide d'un CRT
Riz. 20.11. Tension de rampe pour balayage linéaire
Riz. 20.12. Oscillogrammes de tension sinusoïdale à plusieurs rapports de fréquence
Par exemple, si S oui = 0,4 mm/V, une à= 20 mm, alors U m = 20/(2 0,4) = 25 V.
Si la sensibilité du tube est inconnue, elle est déterminée. Pour ce faire, vous devez appliquer une tension alternative connue aux plaques et mesurer la longueur de la ligne lumineuse. La tension peut être fournie par le réseau et mesurée avec un voltmètre. Il ne faut pas oublier que le voltmètre affichera la valeur de tension efficace, qui doit être convertie en amplitude en multipliant par 1,4.
Comme vous pouvez le constater, un CRT peut être utilisé comme voltmètre crête à crête. L'avantage d'un tel appareil de mesure est sa haute impédance d'entrée et sa capacité à mesurer à très hautes fréquences.
La méthode décrite vous permet de mesurer les valeurs maximales des tensions non sinusoïdales, ainsi que les amplitudes des alternances positives et négatives de la tension alternative. Pour cela, mémorisez la position du point lumineux en l'absence de tension mesurée, puis appliquez-la et mesurez les distances. à 1 et à 2 depuis la position initiale du spot jusqu'aux extrémités de la ligne lumineuse (Fig. 20.10, b). Les amplitudes des demi-ondes
U m1 = à 1 /S oui Et U m2 = à 2 /S oui . (20.6)
Observer les contraintes alternées sur les plaques P.à la tension testée est appliquée et les plaques sont P. X - tension de balayage U développement, qui a une forme en dents de scie (Fig. 20.11) et est obtenu à partir d'un générateur spécial. Cette tension effectue un balayage temporel. Pendant un temps t 1 lorsque la tension augmente, le faisceau d'électrons se déplace uniformément horizontalement dans une direction, par exemple de gauche à droite, c'est-à-dire droit, ou travailleur, progrès Avec une forte diminution de la tension au fil du temps t 2 le faisceau fait vite mouvement inverse. Tout cela est répété à la fréquence de tension de balayage.
Lorsque la tension testée est absente, une ligne lumineuse horizontale est visible sur l'écran, jouant le rôle d'un axe du temps. Si vous appliquez la tension alternative testée aux plaques P.à , alors le point sur l'écran oscillera simultanément verticalement et répétera un mouvement uniforme avec un mouvement inverse horizontalement. En conséquence, une courbe lumineuse de la tension testée est observée (Fig. 20.12). La figure montre des oscillogrammes de tension sinusoïdale, mais une tension de n'importe quelle forme peut être observée.
Pour que la courbe soit stationnaire, la période de déploiement de la tension T doit être égal à la période de la tension testée T ou un nombre entier de fois supérieur à celui-ci :
T développement = nT, (20.7)
Où P.- un nombre entier.
Riz. 20.13. Oscillogrammes de tension sinusoïdale à un rapport de fréquence fractionnaire
En conséquence, la fréquence de balayage U a z V doit être un nombre entier de fois inférieur à la fréquence de la tension testée :
F développement = F /n. (20.8)
Puis avec le temps T une fois passé un nombre entier d'oscillations de la tension étudiée et à la fin de la course arrière, le point sur l'écran se trouvera à l'endroit d'où il a commencé à se déplacer pendant la course avant. La figure montre les oscillogrammes observés à n = 1, ou T développement = T, Et P.= 2, c'est-à-dire T div = 2 T Inverser le temps t 2 Il est souhaitable qu'elle soit aussi petite que possible, car de ce fait, une partie de la courbe n'est pas reproduite (nuances sur la figure). De plus, moins t 2 , plus le faisceau revient rapidement et plus il est visible. Doit être installé P. au moins 2, de sorte qu'au moins une oscillation entière soit complètement visible. Sélection d'une valeur P. produit en changeant la fréquence du générateur de balayage. Si P. ne sera pas un nombre entier, alors l'oscillogramme ne reste pas immobile et au lieu d'une courbe, on en observe plusieurs, ce qui est gênant. En figue. La figure 20.13 montre des oscillogrammes de tension sinusoïdale à P. = 1 / 2 Et P.= 3 / 4 . Par souci de simplicité, on suppose ici que le temps de retour t 2 = 0. Les flèches avec des chiffres sur la figure indiquent la séquence de mouvement du spot sur l'écran.
Entier correspondant P. ne dure généralement que peu de temps, car le générateur de balayage a une fréquence instable et la fréquence de la tension testée peut également changer. Pour enregistrer votre sélection P. Pendant longtemps, la synchronisation du générateur de balayage avec la tension de test est utilisée. La synchronisation consiste dans le fait que la tension testée est fournie à un générateur de balayage et qu'elle génère une tension en dents de scie avec une fréquence inférieure à un nombre entier de fois que la fréquence du test.
Les tensions testées sont généralement appliquées aux plaques de déflexion via des condensateurs de couplage (voir Fig. 20.2). Par conséquent, la composante constante n’atteint pas les plaques et seule la variable est observée. L'axe du temps (axe zéro) de ce composant est la ligne horizontale qui reste sur l'écran si l'alimentation de la tension testée est arrêtée. Pour obtenir une véritable forme d'onde d'une tension contenant une composante continue, elle doit être appliquée directement aux plaques et non à travers des condensateurs.
Si vous devez observer un oscillogramme de courant, alors une résistance est incluse dans son circuit R.. La tension à ses bornes, proportionnelle au courant testé, est appliquée aux plaques P.à . Cette tension est déterminée sur la base de la sensibilité connue du tube. Le diviser par la résistance R., trouver le courant. Pour que le courant ne change pas sensiblement lorsque la résistance est allumée R., ce dernier devrait avoir une résistance relativement faible. Si la tension est insuffisante, il faudra l'alimenter via un amplificateur de gain connu.
Distorsion de l'image. Dans les tubes électrostatiques, les distorsions de forme d'onde sont observées principalement lorsque les plaques déflectrices sont connectées de manière asymétrique, c'est-à-dire lorsqu'une plaque de chaque paire est connectée à la deuxième anode (voir Fig. 20.2). Laissez, avec une telle inclusion sur les assiettes P.à Une tension alternative avec amplitude est appliquée U m . Alors sur une plaque le potentiel est nul par rapport au corps, et sur l'autre plaque il varie de + U m avant - U m (Fig. 20.14, UN). Les potentiels des différents points de l’espace entre les plaques changent en conséquence. Avec une tension demi-onde positive, les électrons traversent des points dont le potentiel est supérieur à U a2. De ce fait, leur vitesse augmente et la sensibilité du tube diminue. Avec une alternance négative, les électrons réduisent leur vitesse, car les potentiels des points entre les plaques sont plus faibles U a2. Cela augmentera la sensibilité du tube. En conséquence, l'écart oui 1 avec une demi-onde positive sera inférieur à l'écart à 2 à une demi-onde négative. L'oscillogramme de la tension sinusoïdale deviendra non sinusoïdal, c'est-à-dire qu'une distorsion non linéaire se produira.
Riz. 20.14. Déviation du faisceau d'électrons avec inclusion asymétrique (a) et symétrique (b) de plaques de déflexion
Avec une connexion symétrique, aucune des plaques déflectrices n'est connectée directement au boîtier et à la deuxième anode, et les points de potentiel zéro sont situés dans le plan médian entre les plaques (Fig. 20.14, b). Les potentiels des plaques sont à tout moment identiques en valeur et opposés en signe. Sur une plaque le potentiel prend des valeurs extrêmes ±0,5 U m , et de l'autre, respectivement - + 0,5U m . La déviation du faisceau d'électrons vers l'une des plaques se produit dans les mêmes conditions, et donc à 1 = à 2 . En figue. La figure 20.15 montre une variante d'inclusion symétrique de plaques de déflexion. La tension continue pour le réglage initial du spot est supprimée de la double résistance R. 6 , R. 6 ´. En déplaçant simultanément leurs curseurs à l'aide d'une seule poignée, les potentiels des plaques déflectrices changent de la même valeur, mais de signe opposé.
Riz. 20h15. Activation symétrique des plaques de déflexion
L'inclusion symétrique des plaques réduit également d'autres phénomènes désagréables, par exemple une détérioration de la mise au point lorsque le spot se déplace vers le bord de l'écran.
L'inclusion asymétrique de plaques plus éloignées du projecteur crée trapézoïdal distorsions. Ils surviennent en raison de la présence d'un champ sur le trajet des électrons d'une paire de plaques à l'autre. Laissez, par exemple, sur les plaques les plus proches du projecteur P.à , allumé de quelque manière que ce soit, une tension alternative est appliquée et sur les plaques P. X , allumé de manière asymétrique, la tension est nulle. Ensuite, une ligne lumineuse verticale est visible sur l'écran 1 (Fig. 20.16).
Riz. 20.16. Distorsion trapézoïdale
Riz. 20.17. Le principe du dispositif et la désignation graphique conventionnelle d'un tube cathodique magnétique
Si appliqué sur une plaque P. X , non connecté au corps, potentiel positif, alors le tableau de bord se déplacera vers cette plaque (ligne 2 ), mais deviendra un peu plus court. Ceci s'explique par le fait qu'entre la plaque chargée positivement P. X et des assiettes P.à un champ accélérateur supplémentaire s'est formé, qui plie légèrement les trajectoires des électrons et réduit leur déviation provoquée par la tension sur les plaques P.à . Au potentiel négatif de la même plaque P. X sur les électrons émis par les plaques P.à , un champ de freinage supplémentaire est en vigueur, ce qui augmentera légèrement leur écart ; la ligne sur l'écran se déplacera vers la gauche et deviendra plus longue (ligne 3 ). Les lignes lumineuses considérées forment une figure trapézoïdale, ce qui explique le nom de ces distorsions. Pour réduire la distorsion, des écrans sont installés entre les plaques P. X Et P.à et donnent aux plaques les plus éloignées des projecteurs une forme particulière.
Actuellement, en règle générale, l'inclusion symétrique des plaques est utilisée, car elle réduit de nombreux types de distorsions. La commutation asymétrique peut être utilisée dans le cas où le faisceau sera dévié dans une seule direction.
