A katódsugárcső, amelyet még 1897-ben találtak fel, egy elektronvákuum-eszköz, amely sok hasonlóságot mutat a hagyományos vákuumcsővel. Külsőleg a cső egy üveglombik, hosszúkás nyakkal és lapos végrésszel - egy képernyővel.
Az izzó és a nyak belsejében, valamint az elektronikus lámpa hengerének belsejében elektródák találhatók, amelyek vezetékei a lámpához hasonlóan az alap lábaihoz vannak forrasztva.
A katódsugárcső fő célja, hogy elektromos jelek segítségével látható képet állítson elő. A cső elektródáira megfelelő feszültséget kapcsolva a képernyőre felrajzolhatja a váltakozó feszültségek és áramok grafikonjait, a különböző rádiókészülékek jellemzőit, és a filmvásznon láthatóhoz hasonló mozgóképeket is kaphat.
Rizs. 1. Csodálatos ceruza.
Mindezek a katódsugárcsövet a televíziók, radarok, valamint számos mérő- és számítástechnikai eszköz nélkülözhetetlen részévé teszik.
Milyen „gyors ceruzának” tud áramimpulzusokat felvázolni egy katódsugárcső képernyőjén, amely másodperc milliomod részeiig tart? Hogyan sikerül kiválasztani egy összetett minta tónusait? Hogyan lehet azonnal „törölni” egy képet a képernyőről, és ugyanolyan sebességgel létrehozni egy másikat? (1. ábra).
Fluoreszkáló képernyő elektronsugárig. A katódsugárcső működése azon alapul, hogy bizonyos anyagok (willit, cink-szulfid, cink-aluminát:) elektronbombázás hatására világítanak (lumineszcálnak).
Ha egy hagyományos elektroncső anódját belülről vonják be ilyen lumineszcens anyaggal, akkor az az anódáramot alkotó elektronok bombázása miatt fényesen világít. Egyébként egy ilyen lumineszcens anódot használnak az egyik speciális elektroncsőben - a 6E5C optikai hangolásjelzőben. A lombik megvastagított végének belseje lumineszcens kompozícióval van bevonva, így egy katódsugárcső lumineszcens képernyőjét képezi. Egy speciális eszköz – egy „elektronpisztoly” – segítségével egy keskeny elektródsugarat – egy „elektronsugarat” – irányítanak a cső nyakától a képernyőre.
Rizs. 2. A képernyő izzik egy elektronsugár hatására.
Azon a helyen, ahol az elektronok a lumineszcens réteget érik, a képernyőn egy világító pont képződik, amely jól látható (a végéről) a cső külső oldaláról az üvegen keresztül. Minél nagyobb a nyalábot alkotó elektronok száma, és minél gyorsabban mozognak ezek az elektronok, annál világosabb a lumineszcens képernyő fénypontja.
Ha az elektronsugarat a térben mozgatjuk, akkor a fénypont is áthalad a képernyőn, ha pedig a nyaláb elég gyorsan mozog, akkor a szemünk mozgó pont helyett folytonos fényvonalakat lát a képernyőn (2. ábra).
Ha gyorsan nyomon követi a teljes képernyőt soronként egy elektronsugárral, és ugyanakkor ennek megfelelően változtatja a nyaláb áramát (vagyis a fénypont fényerejét), akkor összetett és meglehetősen tiszta képet kaphat a képernyőn.
Így a cső lumineszcens képernyőjén a kép élesen irányított elektronnyaláb segítségével jön létre, és ezért, akárcsak az elektroncsőben, a csőben a fő folyamatok a szabad elektronok vákuumban történő előállításához és rendezett mozgásához kapcsolódnak. .
Katódsugárcső és trióda
A katódsugárcső sok tekintetben hasonlít az erősítőcsőhöz - egy triódához. Csakúgy, mint egy lámpa, a cső egy katódot tartalmaz, amely kibocsátja az elektronsugár előállításához szükséges elektronokat. A cső katódjáról elektronok mozognak a képernyőre, amely a trióda anódjához hasonlóan nagy pozitív potenciállal rendelkezik a katódhoz képest.
Rizs. 3. Másodlagos elektronok megjelenése
A pozitív feszültség közvetlenül a képernyőre adása azonban nehéz, mivel a lumineszcens anyag egy félvezető. Ezért a képernyőn közvetetten pozitív feszültségeket kell létrehozni. A lombik belsejét grafitréteg borítja, amelyre pozitív feszültséget kapcsolunk. A nyalábot alkotó elektronok, erővel ütközve a lumineszcens anyaggal, „kiütik” onnan az úgynevezett „másodlagos” elektronokat, amelyek a rajta lévő pozitív feszültség hatására rendezetten haladnak a grafitbevonat felé (1. ábra). 3).
Az első pillanatban a képernyőt elhagyó másodlagos elektronok száma sokkal nagyobb, mint a belépő nyaláb elektronok száma. Ez elektronhiány kialakulásához vezet a lumineszcens anyag atomjaiban, azaz a képernyő pozitív potenciált kap. A képernyőt érő elektronok száma és a onnan kiütött szekunder elektronok száma között csak akkor jön létre egyensúly, ha a csőernyőn a feszültség közel esik a grafitbevonat feszültségéhez. Így a katódsugárcsőben lévő áram a katód - képernyő - grafitbevonat mentén zárva van, ezért az anód szerepét a grafit bevonat tölti be, bár a katódból kirepülő elektródák közvetlenül nem találják el. .
A cső katódjának közelében van egy vezérlőelektróda (modulátor), amely ugyanazt a szerepet tölti be, mint a trióda vezérlőrácsa. A vezérlőelektróda feszültségének megváltoztatásával megváltoztathatja a sugáráram mértékét, ami viszont a képernyőn világító pont fényerejének változásához vezet.
Az erősítő elektroncső és a katódsugárcső közötti hasonlóságok mellett azonban vannak olyan jellemzők az utóbbi működésében, amelyek alapvetően megkülönböztetik a triódától.
Először az elektronok a katódról a csőernyőre, keskeny sugárban, míg „széles fronton” a lámpa anódjához jutnak.
Másodszor, ahhoz, hogy képet hozzunk létre rajta egy világítópont mozgatásával a képernyőn, meg kell változtatni a képernyő felé repülő elektronok mozgási irányát, és ezáltal az elektronsugarat a térben mozgatni.
Mindebből az következik, hogy a legfontosabb folyamatok, amelyek megkülönböztetik a csövet a triódától, a vékony elektronnyaláb kialakulása és ennek a nyalábnak a különböző irányú eltérítése.
Az elektronsugár kialakulása és fókuszálása
Az elektronsugár kialakulása már a katódsugárcső katódja közelében elkezdődik, amely egy kis nikkelhengerből áll, amelynek kupakja emittáló anyaggal (hevítéskor jól emittáló elektronokat) bevont anyaggal van bevonva. A henger belsejében egy szigetelt vezeték – egy fűtőelem – van elhelyezve. Ennek a katód kialakításnak köszönhetően az elektronok sokkal kisebb felületről bocsátódnak ki, mint a hagyományos vákuumcsőben. Ez azonnal létrehoz egy bizonyos irányultságot a katódról szálló elektronnyalábban.
A katódsugárcső katódja hőpajzsba van helyezve - egy fém hengerbe, amelynek az izzó felé irányuló végrésze nyitott. Emiatt az elektronok nem mozdulnak el minden irányba a katódról, mint egy lámpánál, hanem csak a lumineszcens képernyő irányába. A katód és a hőpajzs speciális kialakítása ellenére azonban a mozgó elektronok áramlása túlságosan széles marad.
Az elektronáramlás éles szűkítését a vezérlőelektróda hajtja végre, amely bár vezérlőrács szerepét tölti be, szerkezetileg semmi köze a rácshoz. A vezérlőelektróda a katódot fedő henger formájában készül, melynek végében több tizedmilliméter átmérőjű kerek lyuk van kialakítva.
Jelentős (több tíz voltos) negatív előfeszítést alkalmaznak a vezérlőelektródán, ami miatt az elektronokat taszít, amelyek, mint ismeretes, negatív töltéssel rendelkeznek. Negatív feszültség hatására a vezérlőelektródán egy keskeny lyukon áthaladó elektronok pályái (mozgásútjai) ennek a lyuknak a közepe felé „összenyomódnak”, és így meglehetősen vékony elektronsugár keletkezik.
A cső normális működéséhez azonban nemcsak elektronnyalábot kell létrehozni, hanem fókuszálni is, azaz biztosítani kell, hogy a nyaláb összes elektronjának pályája egy ponton konvergáljon a képernyőn. Ha a sugár nincs fókuszálva, akkor a fénypont helyett egy meglehetősen nagy világító folt jelenik meg a képernyőn, és ennek eredményeként a kép homályos lesz, vagy ahogy az amatőr fotósok mondják, „nem éles”.
Rizs. 4. Elektronágyú és optikai analógiája.
A sugarat egy elektronikus optikai rendszer fókuszálja, amely ugyanúgy hat a mozgó elektronokra, mint a hagyományos optika a fénysugarakra. Az elektronikus optikai rendszert elektrosztatikus lencsék (statikus fókuszálás) vagy elektromágneses lencsék (mágneses fókuszálás) alkotják, amelyek végeredménye ugyanaz.
Az elektrosztatikus lencse nem más, mint (4a. ábra) speciális elektródák segítségével kialakított elektromos tér, amelynek hatására a nyalábelektronok pályái meghajlanak. A statikus fókuszálású csőben (4. ábra, b) általában két lencse található, amelyek kialakításához egy általunk már ismert vezérlőelektródát, valamint két speciális elektródát használnak: az első és a második anódot. Mindkét elektróda fémhenger, esetenként eltérő átmérőjű, amelyekre nagy pozitív (a katódhoz viszonyított) feszültséget kapcsolnak: az első anód általában 200-500 V, a második 800-15 000 V.
Az első lencse a vezérlőelektróda és az első anód között van kialakítva. Optikai analógja egy rövid fókuszú gyűjtőlencse, amely két elemből áll: egy bikonvex és egy bikonkáv lencséből. Ez a lencse az első anód belsejében lévő katód képét hozza létre, amelyet viszont a második lencse segítségével a cső képernyőjére vetítenek.
A második lencsét az első és a második anód közötti mező alkotja, és hasonló az első lencséhez, kivéve, hogy a gyújtótávolsága sokkal hosszabb. Így az első lencse kondenzátor szerepét tölti be, a második lencse pedig a fő vetítőlencseként működik.
Az anódokon belül vékony fémlemezek vannak, amelyek közepén lyukak vannak - membránok, amelyek javítják a lencsék fókuszálási tulajdonságait.
Az elektrosztatikus lencséket képező három elektróda bármelyikén a feszültség megváltoztatásával megváltoztathatja a lencsék tulajdonságait, így a sugár jó fókuszálását érheti el. Ez általában az első anód feszültségének megváltoztatásával történik.
Néhány szó az „első anód” és a „második anód” elektródák nevéről. Korábban megállapítottuk, hogy a katódsugárcsőben az anód szerepét a képernyő közelében lévő grafitbevonat tölti be. Az első és a második anód azonban, amelyek elsősorban a sugár fókuszálására szolgálnak, a rajtuk lévő nagy pozitív feszültség miatt felgyorsítják az elektronokat, azaz ugyanazt teszik, mint egy erősítő lámpa anódja. Ezért ezen elektródák elnevezése indokoltnak tekinthető, főleg, hogy a katódról kiszabaduló elektronok egy része rájuk esik.
Rizs. 5. Mágneses fókuszáló cső. 1 – vezérlőelektróda; 2 – első anód; 3-fókuszáló tekercs; 4 – grafit bevonat; 5 – lumineszcens képernyő; 6 – lombik.
A mágneses fókuszálású katódsugárcsövekben (5. ábra) nincs második anód. A gyűjtőlencse szerepét ebben a csőben egy mágneses tér tölti be. Ezt a mezőt a cső nyakát borító tekercs alkotja, amelyen keresztül egyenáramot vezetnek át. A tekercs mágneses tere az elektronok forgó mozgását hozza létre. Ugyanakkor az elektronok nagy sebességgel, a cső tengelyével párhuzamosan mozognak a lumineszcens képernyő felé, pozitív feszültség hatására. Ennek eredményeként az elektronpályák egy spirálhoz hasonló görbét alkotnak.
Ahogy közelednek a képernyőhöz, az elektronok transzlációs mozgásának sebessége megnő, a mágneses tér hatása gyengül. Emiatt a görbe sugara fokozatosan csökken, és a képernyő közelében az elektronsugár vékony, egyenes nyalábbá nyúlik. A jó fókuszálást általában a fókuszáló tekercsben lévő áram megváltoztatásával, azaz a mágneses térerősség változtatásával érik el.
Az elektronsugár csövekben történő előállítására szolgáló teljes rendszert gyakran „elektronágyúnak” vagy „elektron spotlámpának” nevezik.
Az elektronsugár eltérítése
Az elektronsugár eltérítését, valamint fókuszálását elektromos mezők (elektrosztatikus eltérítés) vagy mágneses mezők (mágneses eltérítés) segítségével hajtják végre.
Elektrosztatikus (6a. ábra) eltérítésű csövekben az elektronsugár, mielőtt nekiütközik a képernyőnek, négy lapos fémelektródalap között halad át, amelyeket terelőlemezeknek nevezünk.
Rizs. 6. Nyalábvezérlés segítségével. a-elektrosztatikus és b-mágneses mezők.
A tanulónak tudnia kell : oszcilloszkóp blokkvázlata; az oszcilloszkóp fő blokkjainak célja; a katódsugárcső berendezése és működési elve; sweep generátor működési elve (fűrészfog feszültség), egymásra merőleges oszcillációk hozzáadása.
A tanulónak tudnia kell : kísérletileg meghatározza a vízszintes és függőleges felosztás árát, megméri az egyenfeszültség nagyságát, a váltakozó feszültség periódusát, frekvenciáját és amplitúdóját.
Rövid elmélet Az oszcilloszkóp szerkezete
Az elektronikus oszcilloszkóp egy univerzális eszköz, amely lehetővé teszi a gyors elektromos folyamatok (akár 10-12 másodpercig) figyelemmel kísérését. Oszcilloszkóp segítségével feszültséget, áramot, időintervallumokat mérhet, valamint meghatározhatja a váltakozó áram fázisát és frekvenciáját.
Mert Mivel az élő szervezetek idegrendszerében és izomzatában potenciális eltérések jelentkeznek, az elektronikus oszcilloszkópot vagy annak módosításait széles körben alkalmazzák a különböző szervek, a szív, az idegrendszer, a szem, a gyomor stb. működésének biológiai és orvosi vizsgálataiban.
Speciális primer jelátalakítók alkalmazása esetén a készülék nem elektromos mennyiségek megfigyelésére és mérésére használható.
Az oszcilloszkópban nincsenek mozgó mechanikai alkatrészek (lásd 1. ábra), de az elektronnyalábot elektromos vagy mágneses térben eltérítik. Egy keskeny elektronsugár, amely egy speciális összetétellel bevont képernyőre ütközik, ezen a ponton világít. Ha egy elektronsugár mozog, azt a képernyőn lévő világító pont mozgásával követheti.
Az elektronsugár „figyeli” a vizsgált elektromos tér változását, lépést tartva azzal, mert az elektronsugár gyakorlatilag tehetetlenségmentes.
Rizs. 1. ábra. 2.
A katódsugárcső felépítése Katód és modulátor
Ez az elektronikus oszcilloszkóp nagy előnye a többi rögzítő műszerhez képest.
A modern elektronikus oszcilloszkóp a következő fő összetevőkkel rendelkezik: katódsugárcső (CRT), pásztázó generátor, erősítők és tápegység.
Katódsugárcső tervezése és működése
Tekintsük egy katódsugárcső szerkezetét, amely elektrosztatikus fókuszálással és az elektronsugár elektrosztatikus vezérlésével rendelkezik.
CRT, sematikusan az ábrán látható. 1, egy speciálisan kialakított üveglombik, amelyben nagy vákuumot hoznak létre (kb. 10-7 Hgmm). A lombik belsejében elektródák vannak, amelyek egy elektronágyú funkcióját látják el, hogy keskeny elektronnyalábot állítsanak elő; nyalábelterelő lemezek és egy foszforréteggel borított képernyő.
Az elektronágyú egy 1 katódból, egy 2 vezérlő (moduláló) elektródából, egy további 3 árnyékoló elektródából, valamint az első és második 4, 5 anódból áll.
Az 1. fűtőkatód egy kis nikkelhengerből készül, melynek belsejében egy izzószál van, az elülső végén egy oxidréteg van, alacsony elektronmunka funkcióval az elektronok kinyerésére (2. ábra).
A katód a vezérlőelektróda vagy modulátor belsejében található, amely egy fém csésze, amelynek végén egy lyuk van, amelyen keresztül az elektronok áthaladhatnak. A vezérlőelektróda negatív potenciállal rendelkezik a katódhoz képest, és ennek a potenciálnak az értékének megváltoztatásával szabályozhatja a lyukon áthaladó elektronok áramlásának intenzitását, és ezáltal megváltoztathatja a képernyő fényerejét. Ugyanakkor a katód és a modulátor közötti elektromos tér fókuszálja az elektronnyalábot (2. ábra).
A 3 árnyékoló elektróda potenciálja valamivel nagyobb, mint a katódpotenciál, és az elektronok kilépésének megkönnyítésére szolgál, kiküszöbölve a 2 vezérlőelektród és az első 4 anód elektromos mezőinek kölcsönhatását.
Az elektronok további fókuszálása és gyorsulása az első és a második anód közötti elektromos tér által történik, elektronlencsét képezve. Ezek az anódok hengerek formájában készülnek, amelyekben membránok vannak. Az első 4 anód a katódhoz képest több száz voltos, a második 5 pedig ezer volt nagyságrendű pozitív potenciállal van ellátva. Az ezen anódok közötti elektromos térerősség vonalakat a 3. ábra mutatja.
Munkacélok
- az elektronikus oszcilloszkópok tervezésének és működési elvének általános ismerete,
- az oszcilloszkóp érzékenységének meghatározása,
- Néhány mérés végrehajtása váltakozó áramú áramkörben oszcilloszkóp segítségével.
Általános tudnivalók az elektronikus oszcilloszkóp tervezéséről és működéséről
Az oszcilloszkóp katódsugárcsövének katódjával elektronáramlás jön létre, amely a csőben keskeny, a képernyő felé irányított nyalábbá alakul. A csőernyőre fókuszált elektronsugár a becsapódási ponton fényfoltot okoz, melynek fényereje a sugár energiájától függ (a képernyőt speciális lumineszcens összetétellel vonják be, amely az elektronsugár hatására világít). Az elektronsugár gyakorlatilag inerciamentes, így a fényfolt szinte azonnal bármely irányba elmozdítható a képernyőn, ha elektromos mezőt hozunk az elektronsugárra. A mezőt két pár sík-párhuzamos lemez segítségével hozzuk létre, amelyeket terelőlapoknak nevezünk. A nyaláb alacsony tehetetlensége lehetővé teszi a gyorsan változó folyamatok megfigyelését 10 9 Hz vagy annál nagyobb frekvencián.
Figyelembe véve a meglévő oszcilloszkópokat, amelyek különböző kialakításúak és rendeltetésűek, láthatjuk, hogy működési diagramjuk megközelítőleg azonos. A fő és kötelező csomópontoknak a következőknek kell lenniük:
Katódsugárcső a vizsgált folyamat vizuális megfigyeléséhez;
Tápegységek a csőelektródákhoz szükséges feszültség biztosításához;
Eszköz a fényerő beállításához, a fókuszáláshoz és a sugáreltoláshoz;
Pásztázó generátor az elektronsugarat (és ennek megfelelően a világító pontot) a cső képernyőjén egy bizonyos sebességgel mozgatja;
Erősítők (és csillapítók), amelyek a vizsgált jel feszültségének erősítésére vagy csillapítására szolgálnak, ha az nem elegendő ahhoz, hogy észrevehetően eltérítse a nyalábot a csőernyőn, vagy éppen ellenkezőleg, túl magas.
Katódsugárcsöves készülék
Mindenekelőtt tekintsük a katódsugárcső eszközét (36.1. ábra). Jellemzően ez egy 3 üveglombik, amelyet nagyvákuumba ürítenek. Keskeny részében egy fűtött 4 katód található, amelyből a termikus emisszió következtében elektronok bocsátanak ki.Az 5, 6, 7 hengeres elektródákból álló rendszer az elektronokat keskeny 12 nyalábba fókuszálja és szabályozza annak intenzitását. Ezt követi két pár 8 és 9 eltérítő lemez (vízszintes és függőleges), végül pedig a 10 képernyő - a 3 izzó alja, lumineszcens kompozícióval bevonva, aminek következtében az elektronsugár nyoma láthatóvá válik.
A katód egy keskeny csőben elhelyezett volfrámszálat - 2. fűtőtestet tartalmaz, amelynek vége (az elektronmunka csökkentése érdekében) bárium- vagy stroncium-oxid réteggel van borítva, és valójában az elektronáramlás forrása.
Az elektronok elektrosztatikus mezők segítségével keskeny nyalábbá formálásának folyamata sok tekintetben hasonlít az optikai lencsék fénysugárra gyakorolt hatására. Ezért az 5, 6, 7 elektródák rendszerét elektrooptikai eszköznek nevezik.
Az 5-ös elektród (modulátor) zárt henger formájában, szűk lyukkal enyhe negatív potenciál alatt van a katódhoz képest, és az elektroncső vezérlőrácsához hasonló funkciókat lát el. A moduláló vagy vezérlőelektródon lévő negatív feszültség nagyságának megváltoztatásával megváltoztathatja a lyukon áthaladó elektronok számát. Ezért egy moduláló elektróda segítségével szabályozhatja a sugár fényerejét a képernyőn. A modulátor negatív feszültségét szabályozó potenciométer az oszcilloszkóp előlapján „fényerő” felirattal jelenik meg.
Két koaxiális 6 és 7 hengerből álló rendszer, amelyeket első és második anódnak neveznek, a sugár gyorsítására és fókuszálására szolgál. Az első és a második anód közötti résben az elektrosztatikus tér úgy van irányítva, hogy az elektronok széttartó pályáját visszatereli a henger tengelyére, ahogyan egy két lencséből álló optikai rendszer is hat széttartó fénysugárra. Ebben az esetben a 4 katód és az 5 modulátor alkotja az első elektronlencsét, és egy másik elektronlencse felel meg az első és a második anódnak.
Ennek eredményeként az elektronsugár olyan pontra fókuszál, amelynek a képernyő síkjában kell lennie, ami az első és a második anód közötti potenciálkülönbség megfelelő megválasztásával lehetséges. Az ezt a feszültséget szabályozó potenciométer gomb az oszcilloszkóp előlapján található, „fókusz” felirattal.
Amikor egy elektronsugár eléri a képernyőt, egy élesen meghatározott (a nyaláb keresztmetszetének megfelelő) fényfolt képződik rajta, amelynek fényereje a sugárban lévő elektronok számától és sebességétől függ. A képernyő bombázásakor a nyaláb energia nagy része hővé alakul. A lumineszcens bevonat átégésének elkerülése érdekében álló elektronsugárral nem megengedett a nagy fényerő. A gerendát két pár, egymással merőlegesen elhelyezett 8 és 9 síkpárhuzamos lemez segítségével térítjük el.
Ha egy pár lemezein potenciálkülönbség van, akkor a köztük lévő egyenletes elektromos tér eltéríti az elektronsugár pályáját ennek a térnek a nagyságától és előjelétől függően. A számítások azt mutatják, hogy a nyaláb eltérítésének mértéke a cső képernyőjén D(milliméterben) a lemezfeszültségre vonatkoztatva U Dés feszültség a második anódon Ua 2(voltban) az alábbiak szerint:
(36.1),
A katódsugárcső képernyőjére fényporokat visznek fel apró pontok formájában, és ezeket a pontokat három csoportba gyűjtik; mindháromban vagy hármasban van egy piros, egy kék és egy zöld pont. Az ábrán több ilyen hármast mutattam be. Összesen körülbelül 500 ezer triád van a csőképernyőn. A TV-n látható kép teljes egészében világító pontokból áll. Ahol a kép részletei világosabbak, ott több elektron éri a pontokat, és fényesebben világítanak. Ennek megfelelően kevesebb elektron esik a kép sötét területeire. Ha egy színes képen fehér részlet található, akkor ezen a részleten belül mindenhol minden hármaspont mindhárom pontja azonos fényerővel világít. Ellenkezőleg, ha egy színes képen van egy piros részlet, akkor ezen belül mindenhol csak az egyes triádok piros pontjai világítanak, a zöld és kék pontok pedig egyáltalán nem.
Érted, mit jelent színes képet létrehozni a tévéképernyőn? Ez egyrészt arra irányul, hogy az elektronok a megfelelő helyekre essenek, vagyis azokra a foszforpontokra, amelyeknek világítaniuk kell, és nem más helyekre, vagyis azokra a pontokra, amelyeknek nem kellene világítaniuk. Másodszor, az elektronoknak a megfelelő helyre kell eljutniuk a megfelelő időben. Hiszen a képernyőn a kép folyamatosan változik, és ahol például valamikor élénk narancssárga folt volt, ott egy pillanattal később egy sötétlila foltnak kell megjelennie. Végül, harmadszor, a megfelelő számú elektronnak a megfelelő helyre és a megfelelő időben kell esnie. Több - ahol a ragyogásnak világosabbnak kell lennie, és kevesebb - ahol a ragyogás sötétebb.
Mivel a képernyőn csaknem másfél millió foszforpont található, a feladat első pillantásra rendkívül nehéznek tűnik. Valójában - semmi bonyolult. Először is, egy katódsugárcsőnek nem egy, hanem három különálló fűtött katódja van. Pontosan ugyanaz, mint egy normál vákuumcsőben. Mindegyik katód elektronokat bocsát ki, és elektronfelhőt hoz létre körülötte. Minden katód közelében van egy rács és egy anód. A rácson keresztül az anódhoz áthaladó elektronok száma a rácson lévő feszültségtől függ. Eddig minden úgy történik, mint egy hagyományos háromelektródás lámpában - triódában.
Mi a különbség? Az anód itt nem tömör, hanem egy lyukkal a közepén. Ezért a katódról az anódra mozgó elektronok többsége nem marad vissza az anódon - kerek sugár formájában repülnek ki a lyukon keresztül. A katódból, rácsból és anódból álló szerkezetet elektronágyúnak nevezzük. A pisztoly mintegy elektronsugarat lő ki, és a sugárban lévő elektronok száma a rács feszültségétől függ.
Elektronfegyverek célozva úgy, hogy az első ágyúból kibocsátott sugár mindig csak a triádok piros pontjait éri, a második ágyú sugara csak a zöld pontokat, a harmadik ágyú sugara pedig csak a kék pontokat. Ily módon a színes kép létrehozásának három problémája közül az egyik megoldódik. A három pisztoly rácsára a szükséges feszültségek alkalmazásával beállítható a szükséges vörös, zöld és kék fény intenzitása, és ezáltal a kép minden részletéhez a kívánt színezést biztosítják.
Katódsugárcsövek (CRT) a elektrosztatikus vezérlés, azaz a sugár fókuszálásával és elektromos mező általi eltérítésével, röviden nevezzük elektrosztatikus csövek, különösen széles körben használják az oszcilloszkópokban.
Rizs. 20.1. Az eszköz elve (a) és az elektrosztatikus katódsugárcső hagyományos grafikai jelölése (b)
ábrán. A 20.1. ábra a legegyszerűbb típusú elektrosztatikus cső tervezési elvét és diagramos ábrázolását mutatja be. A csőballon henger alakú, kúp alakú vagy nagyobb átmérőjű henger alakú hosszabbítással. A kiterjesztett rész talpának belső felületére alkalmazva fluoreszkáló képernyő LE- olyan anyagréteg, amely elektronok általi ütés esetén fényt bocsát ki. A cső belsejében elektródák vannak, amelyeknek vezetékei vannak, általában az alap csapjain (az ábra egyszerűsítése érdekében a vezetékek közvetlenül a henger üvegén haladnak át).
Katód NAK NEKÁltalában van egy közvetetten hevített oxid, henger formájában fűtőberendezéssel. A katódkapocs néha egy fűtőcsatlakozóval van kombinálva. Az oxidréteg a katód aljára kerül. A katód körül egy vezérlőelektróda található modulátor (M), henger alakú, alján lyukkal. Ez az elektróda az elektronáramlás sűrűségének szabályozására és előfókuszálására szolgál. A modulátor negatív feszültséget (általában több tíz voltot) kap. Ahogy ez a feszültség nő, több elektron tér vissza a katódra. Valamilyen negatív modulátorfeszültségnél a cső eltömődik.
A következő, szintén hengeres elektródák anódok. A legegyszerűbb esetben kettő van. Tovább második anód A 2 a feszültség 500 V-tól több kilovoltig (néha 10-20 kV), és első anód A 1 a feszültség többszöröse. Az anódokon belül lyukakkal ellátott válaszfalak (membránok) vannak. Az anódok gyorsuló mezőjének hatására az elektronok jelentős sebességre tesznek szert. Az elektronáramlás végső fókuszálása az anódok közötti térben, valamint a membránoknak köszönhetően nem egyenletes elektromos térrel történik. A bonyolultabb fókuszáló rendszerek nagyobb számú hengert tartalmaznak.
Egy katódból, modulátorból és anódokból álló rendszert nevezünk elektronikus spotlámpa (elektronpisztoly)és egy elektronsugár létrehozására szolgál, vagyis egy vékony elektronfolyamot, amely nagy sebességgel repül a második anódról a lumineszcens képernyőre.
Az elektronsugár útján két pár egymásra merőlegesen helyezkedik el terelőlemezek P x És P y . A rájuk kapcsolt feszültség elektromos mezőt hoz létre, amely az elektronsugarat a pozitív töltésű lemez felé tereli. A lemezek mezeje az elektronok számára keresztirányú. Egy ilyen térben az elektronok parabolapályákon mozognak, majd azt elhagyva tehetetlenséggel egyenes vonalúan mozognak, azaz az elektronsugár szögeltérést kap. Minél nagyobb a feszültség a lemezeken, annál jobban eltérül a nyaláb, és minél nagyobb a világító, ún. elektronfolt, elektronbecsapódásokból eredő.
Tányérok P y függőlegesen eltéríti a gerendát, és ún függőleges terelőlemezek ("Y" lemezek),és a tányérokat P x - vízszintes terelőlemezek ("X" lemezek). Minden párból egy-egy lemez néha csatlakozik a berendezés testéhez (alvázhoz), azaz nulla potenciállal rendelkezik. A lemezek ezt a befogadását ún aszimmetrikus. Annak elkerülésére, hogy a második anód és a ház között elektromos tér jöjjön létre, amely befolyásolja az elektronok repülését, általában a második anódot is a házhoz csatlakoztatják. Ekkor, ha nincs feszültség az eltérítő lemezeken, azok és a második anód között nem lesz tér, amely az elektronnyalábot hat.
Rizs. 20.2. Az elektrosztatikus cső tápellátása két forrásból
Mivel a második anód a házhoz van csatlakoztatva, a katódot, amelynek nagy negatív potenciálja megegyezik a második anód feszültségével, jól szigetelni kell a háztól. Bekapcsolt állapotban a katód, a modulátor és az izzószál áramkör vezetékeinek megérintése veszélyes. Mivel az elektronsugarat külső elektromos és mágneses mezők befolyásolhatják, a csövet gyakran lágyacél árnyékoló tokban helyezik el.
A lumineszcens képernyő fényét a képernyőanyag atomjainak gerjesztésével magyarázzák. Az elektronok a képernyőre ütközve energiájukat a képernyő atomjainak adják át, ahol az egyik elektron az atommagtól távolabbi pályára kerül. Amikor egy elektron visszatér pályájára, felszabadul sugárzó energia kvantum (foton)és ragyogás figyelhető meg. Ezt a jelenséget az ún katódlumineszcencia,és az elektronok hatására izzó anyagokat ún katód-luminofórok vagy egyszerűen foszforok.
A képernyőt érő elektronok negatívan feltölthetik azt, és lassító mezőt hozhatnak létre, amely csökkenti a sebességüket. Ez csökkenti a képernyő fényerejét, és teljesen megakadályozhatja, hogy az elektronok elérjék a képernyőt. Ezért el kell távolítani a negatív töltést a képernyőről. Ehhez vigye fel a henger belső felületére vezető réteg.Általában grafit és ún aquadag. Az Akvadag a második anódhoz csatlakozik. A szekunder elektronok, amelyeket a primer elektronok becsapódása kiüt a képernyőről, a vezető rétegbe repülnek. A szekunder elektronok távozása után a képernyőpotenciál általában közel van a vezető réteg potenciáljához. Egyes csövekben van egy vezeték a vezetőrétegből ( PSábrán), amely nagyobb feszültségű kiegészítő anódként használható. Ilyenkor az elektronok az eltérítést követően tovább gyorsulnak az eltérítő lemezek rendszerében (ún. utógyorsítás).
A vezető réteg megakadályozza azt is, hogy a henger falán negatív töltések képződjenek az elektronok odajutása miatt. Ezek a töltések további mezőket hozhatnak létre, amelyek megzavarják a cső normál működését. Ha nincs vezető réteg a csőben, akkor a szekunder elektronok elhagyják a képernyőt az eltérítő lemezekre és a második anódra.
Az összes csőelektródát általában fémtartókkal és szigetelőkkel szerelik fel az üvegcső szárára.
Teljesítményáramkörök. Az elektrosztatikus cső tápáramköreit az ábra mutatja. 20.2. Az elektródák egyenfeszültséget két egyenirányítóról kapnak E 1 És E 2 . Az elsőnek nagy feszültséget (száz és több ezer voltot) kell termelnie milliamper egységnyi árammal, a forrás E 2 - a feszültség többszöröse. A csővel együtt működő többi kaszkád is ugyanabból a forrásból táplálkozik. Ezért több tíz milliamper áramerősségre tervezték.
Az elektronikus reflektort egy ellenállásokból álló osztó táplálja R 1 R 2 , R 3 és R 4. Ellenállásuk általában nagy (több száz kiloohm), így az osztó kevés áramot fogyaszt. Maga a cső is kevés áramot fogyaszt: a legtöbb esetben több tíz vagy száz mikroampert.
Változtatható ellenállás R 1 van fényerő szabályozás. Szabályozza a modulátor negatív feszültségét, amelyet eltávolítanak a jobb oldali részből R 1 Ennek a feszültségnek az abszolút értékben kifejezett növekedése csökkenti a nyalábban lévő elektronok számát, és ennek következtében az izzás fényességét.
Mert sugár fókuszálás beállítása változó ellenállásként szolgál R 3 , melynek segítségével az első anód feszültségét megváltoztatjuk. Ebben az esetben megváltozik a potenciálkülönbség, így az anódok közötti térerősség is. Ha például az első anód potenciálját lecsökkentjük, az anódok közötti potenciálkülönbség megnő, a mező erősödik, fókuszáló hatása megnő. Az első anód feszültsége óta Ués 1-et nem szabad nullára csökkenteni vagy a második anód feszültségére növelni U a 2 , ellenállások vannak behelyezve az osztóba R 2 És R 4
Második anód feszültség U a 2 csak valamivel kisebb, mint a feszültség E 1 (a különbség az ellenálláson lévő feszültségesés R 1 ). Emlékeztetni kell arra, hogy a reflektorfényből kilépő elektronok sebessége csak a második anód feszültségétől függ, de nem a modulátor és az első anód feszültségétől. Néhány elektron eltalálja az anódokat, különösen, ha az anódoknak van membránja. Ezért az anódáramkörökben milliamper töredékében áramlik az áram, és a forráson keresztül zárva vannak E 1 . Például az első anód áramának elektronjai a katódtól az anód felé haladnak, majd az ellenállás jobb oldali szakaszán keresztül R 3 és egy ellenálláson keresztül R 4 a forrás plusz pontjára E 1 tovább benne és egy ellenálláson keresztül R 1 a katódhoz.
A változó ellenállásokat a képernyő fénypontjának kezdeti beállítására használják. R 5 és R 6 , forráshoz csatlakozik E 2 . Ezeknek az ellenállásoknak a motorja ellenállásokon keresztül R 7 és R 8 nagy ellenállású terelőlapokhoz csatlakoznak. Ezenkívül ellenállások használatával R 9 És R 10 , azonos ellenállású nulla potenciálú pontot hozunk létre, amely a házhoz kapcsolódik. Ellenállásokhoz R 5 és R 6 a végén a potenciálok +0,5 E 2 és -0,5 E 2, és ezek felezőpontjai nulla potenciállal rendelkeznek. Amikor az ellenállás csúszkál R 5 , R 6 középső helyzetben vannak, akkor a terelőlemezeken a feszültség nulla. A csúszkák középső állásból történő elmozdításával lehetőség nyílik a lemezekre különböző feszültségek átvitelére, az elektronsugarat függőlegesen vagy vízszintesen eltéríteni, és a képernyő bármely pontján fényfoltot létrehozni.
A terelőlemezekhez csatolókondenzátorokon keresztül C 1 és VAL VEL A 2. ábrán egy váltakozó feszültséget is szolgáltatunk, például a feszültséget oszcillográfiai cső használatakor tesztelik. Kondenzátorok nélkül a terelőlemezeket az AC feszültségforrás belső ellenállása egyenfeszültségre söntöli. Alacsony belső ellenállás esetén a terelőlemezeken lévő egyenfeszültség erősen csökkenne. Másrészt a váltakozó feszültségforrás néha állandó feszültséget állít elő, amelyet nem kívánatos a terelőlemezekre alkalmazni. Sok esetben az is elfogadhatatlan, hogy a terelőlemez áramköreiben jelen lévő egyenfeszültség belépjen a váltakozó feszültségforrásba.
Ellenállások R 7 és R 8 az AC feszültségforrások terelőrendszerének bemeneti ellenállásának növelése érdekében. Ilyen ellenállások nélkül ezek a források lényegesen kisebb ellenállással lennének terhelve, amelyet az ellenállások önmagukban biztosítanak R 5 , R 6 és ellenállások R 9 , R 10 . Ebben az esetben ellenállások R 7 és R 8 ne csökkentse a terelőlemezekre betáplált egyenfeszültséget, mert azokon nem folyik egyenáram.
A hasznos áram az elektronsugár áram. Ennek az áramnak az elektronjai a katódról a lumineszcens képernyőre mozognak, és az utóbbiról kiütik a másodlagos elektronokat, amelyek a vezető rétegbe repülnek, majd a forrás pluszja felé mozognak. E 1 , majd belső ellenállásán és ellenállásán keresztül R 1 a katódhoz.
Rizs. 20.3. Az első elektronikus spotlámpa lencse
A csőelektródák más lehetőségekkel is táplálhatók, például egyetlen nagyfeszültségű forrásból.
Elektronikus spotlámpák. Elektronikus reflektor képviseli elektron-optikai rendszer, amely több elektrosztatikus elektronikus lencsék. Mindegyik lencsét egy nem egyenletes elektromos tér alkotja, amely az elektronpályák görbületét okozza (ez az optikai lencsék fénysugarak törésére emlékeztet), valamint gyorsítja vagy lassítja az elektronokat.
A legegyszerűbb spotlámpa két lencsét tartalmaz. Az első lencse, ill előfókuszos lencse, a katód, a modulátor és az első anód alkotja. ábrán. A 20.3. ábra mutatja a mezőt a reflektor ezen részén. Az ekvipotenciális felületeket folytonos vonalak, a mezővonalakat szaggatott vonalak jelzik. Amint láthatja, az első anód tápvezetékeinek egy része a katód közelében lévő tértöltéshez megy, a többi pedig a modulátorhoz, amely alacsonyabb negatív potenciállal rendelkezik, mint a katód. Vonal BB´ feltételesen két részre osztja a mezőt. A mező bal oldala fókuszálja az elektronok áramlását és sebességet ad nekik. A mező jobb oldala tovább gyorsítja az elektronokat, és valamelyest szórja őket. De a szóró hatás gyengébb, mint a fókuszáló hatás, mivel a tér jobb oldalán az elektronok nagyobb sebességgel mozognak.
Rizs. 20.4. Elektronpályák az elektronikus reflektor első lencséjében
A vizsgált mező hasonló egy két lencse rendszeréhez - gyűjtőÉs szétszóródás. A konvergáló lencse erősebb, mint a széttartó lencse, és a rendszer egésze fókuszál. Az elektronáramlás mozgása azonban más törvények szerint történik, mint a fénysugarak törése a lencsékben.
ábrán. A 20.4. ábra a katódból kilépő legkülső elektronsugarak elektronpályáit mutatja. Az elektronok görbe pályákon mozognak. Áramlásaik fókuszáltak, és egy kis területen metszik egymást, ún első kereszteződés vagy átkelésés a legtöbb esetben a modulátor és az első anód között helyezkedik el.
Első objektív rövid dobás, mivel az elektronok sebessége benne viszonylag kicsi, pályájuk pedig elég erősen görbült.
Ahogy a modulátor negatív feszültsége abszolút értékben nő, a katód közelében lévő potenciálgát növekszik, és egyre kevesebb elektron képes leküzdeni azt. A katódáram csökken, ezért az elektronsugár árama és a képernyő fényereje csökken. A potenciálgát a katód középső része közelében kisebb mértékben növekszik, mivel itt az első anódtól a modulátor lyukon át behatoló gyorsítótér erősebben hat. Egy bizonyos negatív modulátorfeszültségnél a katód szélein a potenciálgát annyira megnő, hogy az elektronok már nem tudják leküzdeni. Csak a katód központi része marad működőképes. A negatív feszültség további növekedése csökkenti a katód munkarészének területét, és végül nullára csökkenti, azaz a cső reteszelődik. Így a fényerőszabályozás a katód munkafelületének területének változásához kapcsolódik.
Rizs. 20.5. Az elektronikus spotlámpa második fókuszáló lencséje
Rizs. 20.6. Elektronikus spotlámpa gyorsító (árnyékoló) elektródával
Tekintsük az elektronsugár fókuszálását a második lencsében, azaz két anódból álló rendszerben (20.5. ábra, a). Vonal BB´ az anódok közötti mezőt két részre osztja. A mező bal oldali része egy széttartó elektronáramlást kap, amely fókuszálódik, és az áramlás a mező jobb részében eloszlik. A szóró hatás gyengébb, mint a fókuszáló hatás, mivel a tér jobb oldalán az elektronok sebessége nagyobb, mint a bal oldalon. A teljes mező hasonlít egy gyűjtő és széttartó lencséből álló optikai rendszerhez (20.5. ábra, b). Mivel az anódok közötti térben az elektronsebesség nagy, a rendszerről kiderül, hogy az telefotó Erre azért van szükség, mert az elektronsugarat egy elég távoli képernyőre kell fókuszálni.
Az anódok közötti potenciálkülönbség növekedésével (az első anód feszültsége csökken) nő a térerősség, és erősödik a fókuszáló hatás. Elvileg a fókuszálást a második anód feszültségének változtatásával is lehet állítani, de ez kényelmetlen, mivel a reflektorfényből kiszökő elektronok sebessége megváltozik, ami a fény fényerejének megváltozásához vezet. az ernyőt, és befolyásolja a sugár eltérítését az eltérítő lemezek által.
A leírt reflektor hátránya a fényerőszabályozás és a fókuszálás kölcsönös befolyásolása. Az első anód potenciáljának változása befolyásolja a fényerőt, mivel ez az anód a mezőjével a katód közelében lévő potenciálgátra hat. És a modulátor feszültségének változása eltolja az elektronikus pályák első metszéspontjának tartományát a cső tengelye mentén, ami megzavarja a fókuszálást. Ezenkívül a fényerő megváltoztatása megváltoztatja az első anód áramát, és mivel nagy ellenállású ellenállások vannak az áramkörében, megváltozik a feszültség, ami defókuszáláshoz vezet. A második anód áramának megváltoztatása nem befolyásolja a fókuszálást, mivel ennek az anódnak az áramkörében nincsenek ellenállások, és ezért a rajta lévő feszültség nem változhat.
Jelenleg olyan spotlámpákat használnak, amelyekben további, felgyorsul (árnyékolás) elektróda(20.6. ábra). A második anódhoz csatlakozik, és a rajta lévő feszültség állandó. Ennek az elektródának az árnyékoló hatása miatt az első anód potenciáljának megváltoztatása a fókuszálás beállításakor gyakorlatilag nem változtatja meg a katód mezőjét.
A gyorsítóelektródából és két anódból álló fókuszáló rendszer a következőképpen működik. Az első és a második anód közötti mező megegyezik az ábrán láthatóval. 20.5, a. A fókuszálást a korábban leírtak szerint végzi. A gyorsító elektróda és az első anód között egy nem egyenletes mező van, hasonlóan az anódok közötti mezőhöz, de nem gyorsul, hanem lassul. Az ebbe a mezőbe széttartó áramlásban berepülő elektronok a mező bal felében szóródnak, és a jobb felében fókuszálnak. Ebben az esetben a fókuszáló hatás erősebb, mint a szórási hatás, mivel a tér jobb felében kisebb az elektronsebesség. Így a fókuszálás a gyorsítóelektróda és az első anód közötti területen is megtörténik. Minél kisebb az első anód feszültsége, annál nagyobb a térerősség és annál erősebb a fókuszálás.
Rizs. 20.7. Elektrosztatikus sugáreltérítés
Annak érdekében, hogy a fényerő szabályozása kevésbé befolyásolja a fókuszálást, az első anód membránok nélkül készül (20.6. ábra). Az elektronok nem érik el, vagyis az első anód árama nulla. A modern elektronikus projektorok fényfoltot hoznak létre a képernyőn, amelynek átmérője nem haladja meg a képernyő átmérőjének 0,002-ét.
Elektrosztatikus sugáreltérítés. Az elektronnyaláb és a fényfolt elhajlása a képernyőn arányos a terelőlemezeken lévő feszültséggel. Az arányossági együtthatót ebben az összefüggésben ún a cső érzékenysége. Ha a folt függőleges eltérését azzal jelöljük y,és az Y lemezeken a feszültség átmegy U y , Hogy
y = S y U y , (20.1)
Ahol S y - a cső érzékenysége „Y” lemezeknél.
Ehhez hasonlóan a folt vízszintes eltérése
x = S x U x. (20.2)
Így az elektrosztatikus cső érzékenysége a képernyőn lévő világító pont eltérítésének és a megfelelő eltérítési feszültségnek az aránya:
S x = x/U x És S y = y/U y . (20.3)
Más szóval, az érzékenység a fényfolt eltérése 1 V eltérítési feszültségre vonatkoztatva. Az érzékenységet milliméter per voltban fejezzük ki. Néha az érzékenység a reciprokát jelenti S x vagy S y , és V per milliméterben fejezzük ki.
A (20.3) képletek nem jelentik azt, hogy az érzékenység fordítottan arányos az eltérítő feszültséggel. Ha többször növeli U y , akkor ugyanannyival nő y,és a jelentése S y változatlan marad. Ennélfogva, S y nem függ attól U y . Az érzékenység 0,1-1,0 mm/V. Ez az üzemmódtól és a cső néhány geometriai méretétől függ (20.7. ábra):
S = l pl l /(2dU a 2) , (20.4)
Ahol l pl - terelőlemezek hossza; l- távolság a lemezek közepétől a képernyőig; d - a lemezek közötti távolság; U a 2 - a második anód feszültsége.
Ezt a képletet nem nehéz megmagyarázni. Növekedéssel l pl elektron tovább repül az eltérítő térben, és nagyobb kitérést kap. Ugyanennek a szögeltérésnek a fénypontjának elmozdulása a képernyőn a távolság növekedésével növekszik l. Ha növeli d, akkor a lemezek közötti térerősség, és ezáltal az eltérés is csökkenni fog. Feszültség növekedés U a 2 az elhajlás csökkenéséhez vezet, mert megnő az elektronok átrepülési sebessége a lemezek közötti mezőn.
Tekintsük az érzékenység növelésének lehetőségét a (20.4) képlet alapján. Növekvő távolság l nem kívánatos, mivel a túl hosszú cső használata kényelmetlen. Ha növeli l pl vagy csökkentse d, akkor lehetetlen a gerenda jelentős elhajlását elérni, mivel az a lemezeket érinti. Ennek elkerülése érdekében a lemezeket meg kell hajlítani és egymáshoz képest elhelyezni, ahogy az az ábrán látható. 20.8. A feszültség csökkentésével növelheti az érzékenységet U a 2 . Ez azonban a fényerő csökkenésének köszönhető, ami sok esetben elfogadhatatlan, különösen a képernyőn áthaladó sugár nagy sebessége esetén. Az anódfeszültség csökkentése a fókuszálást is rontja. Magasabb feszültségen U a 2 az elektronok nagy sebességgel mozognak, az elektronok kölcsönös taszítása kisebb hatással van. Pályáik az elektronikus reflektorfényben kis szögben helyezkednek el a cső tengelyéhez képest. Az ilyen pályákat ún paraxiális. Jobb fókuszálást és kisebb képtorzulást biztosítanak a képernyőn.
Az izzás fényerejének csökkentése, ha az anódfeszültség csökken U a 2 csövekben kompenzálva utógyorsítás. Ezekben a csövekben egy elektronikus spotlámpa legfeljebb 1,5 keV energiát ad az elektronoknak. Ilyen energiával repülnek a terelőlemezek között, majd a harmadik anód által létrehozott gyorsítótérbe esnek. Ez utóbbi egy vezetőképes réteg a képernyő előtt, elválasztva a második anódhoz kapcsolódó réteg többi részétől (20.9. ábra, a). Ahol U a 3 > U a 2 . A két réteg közötti mező lencsét képez, amely felgyorsítja az elektronokat. De ugyanakkor az elektronpályák bizonyos görbülete is bekövetkezik. Ennek eredményeként az érzékenység csökken, és képtorzulás lép fel. Ezek a hátrányok nagyrészt kiküszöbölhetők ismételt utógyorsítással, amikor több vezető gyűrű van fokozatosan növekvő feszültséggel: U a 4 > U a 3 > U a 2 > U a1 (20.9. ábra, b).
Rizs. 20.8. Eltérítő lemezek
Rizs. 20.9. További anódok az utógyorsításhoz
Ha az eltérítő feszültség nagyon nagy frekvenciával változik, akkor a képen torzulások jelennek meg, mivel az elektronok repülési ideje a terelőlemezek mezőjében arányossá válik az eltérítő feszültség rezgési periódusával. Ezalatt a lemezeken érezhetően megváltozik a feszültség (akár előjelét is megváltoztathatja). Az ilyen torzulások csökkentése érdekében a terelőlemezeket rövidre szabják, és magasabb gyorsítófeszültséget alkalmaznak. A frekvencia növekedésével ráadásul egyre hangsúlyosabbá válik a terelőlemezek önkapacitásának hatása.
Jelenleg speciális csöveket használnak bonyolultabb eltérítési rendszerekkel a mikrohullámú oszcillográfiához.
Váltakozó feszültség mérése, megfigyelése. Ha az „y” terelőlemezekre váltakozó feszültséget kapcsolunk, akkor az elektronsugár oszcillál, és a képernyőn egy függőleges fényvonal látható (20.10. ábra, A) Hossza arányos a rákapcsolt feszültség kétszeres amplitúdójával 2 U m . A cső érzékenységének ismerete és mérése y, meg lehet határozni U m képlet szerint
U m = y/(2S y) . (20.5)
Rizs. 20.10. AC feszültség mérése CRT segítségével
Rizs. 20.11. Rámpafeszültség a lineáris sweephez
Rizs. 20.12. A szinuszos feszültség oszcillogramja több frekvenciaarány mellett
Például ha S y = 0,4 mm/V, a nál nél= 20 mm, akkor U m = 20/(2 0,4) = 25 V.
Ha a cső érzékenysége ismeretlen, akkor meghatározzák. Ehhez ismert váltakozó feszültséget kell alkalmazni a lemezekre, és meg kell mérni a világító vezeték hosszát. A feszültség a hálózatról táplálható és voltmérővel mérhető. Emlékeztetni kell arra, hogy a voltmérő megmutatja az effektív feszültségértéket, amelyet amplitúdóvá kell konvertálni 1,4-gyel megszorozva.
Amint látja, a CRT csúcs-csúcs voltmérőként használható. Egy ilyen mérőeszköz előnye a nagy bemeneti impedanciája és a nagyon magas frekvenciákon történő mérés képessége.
A leírt módszer lehetővé teszi a nem szinuszos feszültségek csúcsértékeinek, valamint a váltakozó feszültség pozitív és negatív félhullámainak amplitúdóinak mérését. Ehhez emlékezzen a világító pont helyzetére a mért feszültség hiányában, majd alkalmazza és mérje meg a távolságokat nál nél 1 és nál nél 2. ábra a folt kezdeti helyzetétől a világító vonal végeiig (20.10. ábra, b). A félhullámok amplitúdói
U m1 = nál nél 1 /S y És U m2 = nál nél 2 /S y . (20.6)
A lemezekre ható váltakozó feszültségek megfigyelése P nál nél a vizsgált feszültséget alkalmazzák, és a lemezek P X - sweep feszültség U fejlesztés, amely fűrészfog alakú (20.11. ábra) és speciális generátorból nyerik. Ez a feszültség idősöprést hajt végre. Egy ideig t 1 a feszültség növekedésével az elektronsugár egyenletesen vízszintesen mozog egy irányba, például balról jobbra, azaz. egyenes, vagy munkás, haladás Idővel a feszültség éles csökkenésével t 2 a sugár gyorsít fordított löket. Mindez megismétlődik a sweep feszültség frekvenciáján.
Ha a vizsgált feszültség hiányzik, a képernyőn egy vízszintes világító vonal látható, amely egy időtengely szerepét tölti be. Ha a vizsgált váltakozó feszültséget a lemezekre kapcsolja P nál nél , akkor a képernyő foltja egyszerre fog függőlegesen oszcillálni és vízszintesen megismételni az egyenletes mozgást fordított mozgással. Ennek eredményeként a vizsgált feszültség izzó görbéje látható (20.12. ábra). Az ábrán szinuszos feszültség oszcillogramjai láthatók, de bármilyen alakú feszültség megfigyelhető.
Ahhoz, hogy a görbe stacionárius legyen, a kibontakozó feszültség periódusa T egyenlőnek kell lennie a vizsgált feszültség időtartamával T vagy annál többszörös egész szám:
T fejlesztés = nT, (20.7)
Ahol P- egész szám.
Rizs. 20.13. A szinuszos feszültség oszcillogramja törtfrekvencia arány mellett
Ennek megfelelően az U a z V sweep frekvenciának egész számmal kisebbnek kell lennie, mint a vizsgált feszültség frekvenciája:
f fejlesztés = f /n. (20.8)
Majd időben T amint a vizsgált feszültség egész számú oszcillációja elmúlt, és a fordított löket végén a képernyő azon a helyen lesz, ahonnan az előre löket során elkezdett mozogni. Az ábra a megfigyelt oszcillogramokat mutatja n = 1, ill T fejlesztés = T,És P= 2, azaz T div = 2 T Fordított idő t 2 Kívánatos, hogy a lehető legkisebb legyen, mivel emiatt a görbe egy része nem reprodukálódik (az ábrán árnyalatok). Ráadásul minél kevesebb t 2 , minél gyorsabban halad vissza a sugár és annál gyengébb a látható. Telepíteni kell P legalább 2, hogy legalább egy egész rezgés teljesen látható legyen. Érték kiválasztása P a sweep generátor frekvenciájának változtatásával állítják elő. Ha P nem lesz egész szám, akkor az oszcillogram nem marad mozdulatlan és egy görbe helyett több is megfigyelhető, ami kényelmetlen. ábrán. A 20.13. ábra a szinuszos feszültség oszcillogramjait mutatja be P = 1 / 2 És P= 3/4. Az egyszerűség kedvéért itt feltételezzük, hogy a visszatérési idő t 2 = 0. Az ábrán számokkal ellátott nyilak jelzik a képernyőn látható pont mozgási sorrendjét.
Egyező egész szám Páltalában csak rövid ideig tart, mivel a sweep generátor frekvenciája instabil, és a vizsgált feszültség frekvenciája is változhat. A választás mentéséhez P Hosszú ideig a pásztázó generátor szinkronizálását használják a tesztfeszültséggel. A szinkronizálás abból áll, hogy a vizsgált feszültséget egy sweep generátorra táplálják, és az a teszt frekvenciájánál egész számnál kisebb frekvenciájú fűrészfog feszültséget generál.
A vizsgált feszültségeket általában csatolókondenzátorokon keresztül vezetik a terelőlemezekre (lásd 20.2. ábra). Ezért az állandó komponens nem éri el a lemezeket, és csak a változó figyelhető meg. Ennek az alkatrésznek az időtengelye (nulla tengelye) az a vízszintes vonal, amely a képernyőn marad, ha a vizsgált feszültség ellátását leállítják. Ahhoz, hogy egy egyenáramú komponenst tartalmazó feszültség valódi hullámformáját megkapjuk, azt közvetlenül a lemezekre kell rávezetni, nem pedig kondenzátorokon keresztül.
Ha meg kell figyelnie az áram oszcillogramját, akkor az áramkörében egy ellenállás szerepel R. A rajta lévő, a vizsgált áramerősséggel arányos feszültséget a lemezekre alkalmazzák P nál nél . Ezt a feszültséget a cső ismert érzékenysége alapján határozzák meg. Ellenállással osztva R, megtalálni az áramot. Annak érdekében, hogy az áramerősség észrevehetően ne változzon az ellenállás bekapcsolásakor R, utóbbinak viszonylag kis ellenállásúnak kell lennie. Ha a feszültség nem elegendő, akkor azt ismert erősítésű erősítőn keresztül kell táplálni.
Képtorzítás. Az elektrosztatikus csövekben hullámforma-torzulások főként akkor figyelhetők meg, ha a terelőlemezek aszimmetrikusan vannak összekötve, vagyis ha minden párból egy-egy lemezt csatlakoztatunk a második anódhoz (lásd 20.2. ábra). Hagyjuk, ilyen felvétellel a tányérokon P nál nél alkalmazott váltakozó feszültség amplitúdóval U m . Ekkor az egyik lemezen a potenciál a testhez képest nulla, a másik lemezen pedig +-tól változik U m előtt - U m (20.14. ábra, A). A lemezek közötti tér különböző pontjainak potenciálja ennek megfelelően változik. Pozitív félhullám feszültség mellett az elektronok olyan pontokon repülnek át, amelyek potenciálja nagyobb, mint U a2. Emiatt a sebességük nő, és a cső érzékenysége csökken. Negatív félhullámmal az elektronok csökkentik a sebességet, mivel a lemezek közötti pontok potenciálja kisebb U a2. Ez növeli a cső érzékenységét. Ennek eredményeként az eltérés y 1 pozitív félhullámmal kisebb lesz, mint az eltérés nál nél 2 negatív félhullámnál. A szinuszos feszültség oszcillogramja nem szinuszos lesz, azaz nemlineáris torzítás lép fel.
Rizs. 20.14. Az elektronnyaláb eltérítése aszimmetrikus (a) és szimmetrikus (b) terelőlemezekkel
Szimmetrikus csatlakozásnál egyik terelőlemez sem kapcsolódik közvetlenül a házhoz és a második anódhoz, a nullapotenciálpontok pedig a lemezek közötti középsíkban helyezkednek el (20.14. ábra, b). A lemezek potenciáljai minden pillanatban azonos értékűek és ellentétes előjelűek. Az egyik lemezen a potenciál szélsőértéke ±0,5 U m , másrészt pedig - + 0,5U m . Az elektronnyaláb eltérülése bármelyik lemezre azonos körülmények között történik, ezért nál nél 1 = nál nél 2 . ábrán. A 20.15. ábra a terelőlemezek szimmetrikus beépítésének egy változatát mutatja. A kezdeti pontbeállításhoz szükséges egyenfeszültséget eltávolítják a kettős ellenállásról R 6 , R 6 ´. Ha a csúszkákat egy fogantyúval egyidejűleg mozgatják, a terelőlemezek potenciálja azonos értékben, de ellentétes előjelben változik.
Rizs. 20.15. A terelőlemezek szimmetrikus aktiválása
A lemezek szimmetrikus beépítése csökkenti az egyéb kellemetlen jelenségeket is, például a fókuszálás romlását, amikor a folt a képernyő szélére kerül.
A reflektorfénytől távolabb eső lemezek aszimmetrikus beépítése hoz létre trapéz alakú torzulások. Ezek a mező jelenléte miatt keletkeznek az elektronok útján az egyik lemezpárról a másikra. Legyen például a reflektorfényhez legközelebb eső lemezeken P nál nél , bármilyen módon bekapcsolva, váltakozó feszültséget alkalmaznak, és a lemezeken P x , aszimmetrikusan bekapcsolva a feszültség nulla. Ezután egy függőleges izzó vonal látható a képernyőn 1 (20.16. ábra).
Rizs. 20.16. Trapéztorzítás
Rizs. 20.17. A készülék elve és a mágneses katódsugárcső hagyományos grafikai megjelölése
Ha felkened a tányérra P x , nem kapcsolódik a testhez, pozitív potenciál, akkor a kötőjel e lemez felé mozog (vonal 2 ), de valamivel rövidebb lesz. Ez azzal magyarázható, hogy a pozitív töltésű lemez között P x és tányérokat P nál nél egy további gyorsítótér alakult ki, amely enyhén hajlítja az elektronpályákat és csökkenti azok eltérését a lemezeken lévő feszültség okozta P nál nél . Ugyanazon lemez negatív potenciálján P x a lemezekről kibocsátott elektronokon P nál nél , kiegészítő fékezőtér van érvényben, ami kissé növeli az eltérést; a képernyőn a vonal balra mozdul el és hosszabb lesz (sor 3 ). A figyelembe vett világító vonalak trapéz alakú alakot alkotnak, ami megmagyarázza ezeknek a torzulásoknak a nevét. A torzítás csökkentése érdekében a lemezek közé képernyőket szerelnek fel P x És P nál nél és különleges formát adnak a reflektorfénytől távolabb eső lemezeknek.
Jelenleg általában a lemezek szimmetrikus beépítését használják, mivel ez sokféle torzulást csökkent. Az aszimmetrikus kapcsolás abban az esetben használható, ha a sugár csak egy irányba terelődik el.
