§ 137. Katódová trubica. Osciloskop

Osciloskopy sa používajú na pozorovanie, zaznamenávanie, meranie a riadenie rôznych meniacich sa procesov v automatizačných zariadeniach, telemechanike a iných oblastiach techniky (obr. 198). Hlavnou časťou osciloskopu je katódová trubica - elektrické vákuové zariadenie, vo svojej najjednoduchšej forme určené na premenu elektrických signálov na svetlo.

Uvažujme, ako je elektrón vychýlený a elektrónový lúč v elektrickom poli katódová trubica osciloskop.
Ak je elektrón umiestnený medzi dve rovnobežné dosky (obr. 199, a), ktoré majú opačné elektrické náboje, potom sa pod vplyvom elektrického poľa vznikajúceho medzi doskami elektrón vychýli, pretože je nabitý záporne. Odtláča tanier A majúce záporný náboj a je priťahovaný k tanieru B s pozitívnym nabíjačka. Pohyb elektrónu bude smerovať pozdĺž siločiar.

Keď človek pohybujúci sa rýchlosťou vojde do poľa medzi platňami V elektrón (obr. 199, b), potom naň pôsobia nielen poľné sily F, ale aj silu F 1, nasmerovaný pozdĺž jeho pohybu. V dôsledku pôsobenia týchto síl sa elektrón odchýli od svojej priamej dráhy a bude sa pohybovať po čiare OK. - diagonálne.
Ak medzi platňami prechádza úzky lúč pohybujúcich sa elektrónov - elektrónový lúč (obr. 199, c), pod vplyvom elektrického poľa sa vychýli. Uhol vychýlenia elektrónového lúča závisí od rýchlosti pohybu elektrónov tvoriacich lúč a od veľkosti napätia vytvárajúceho elektrické pole medzi platňami.
Každá katódová trubica (obr. 200) je valec, z ktorého bol odčerpaný vzduch. Kužeľová časť vnútorného povrchu valca je pokrytá grafitom a je tzv aquadag. Vo vnútri valca 3 pasuje na elektronický reflektor 8 - elektrónové delo, vychyľovacie dosky 4 A 6 a obrazovka 5 . Elektrónkový iluminátor pozostáva z vyhrievanej katódy, ktorá emituje elektróny, a systému elektród, ktoré tvoria elektrónový lúč. Tento lúč, vyžarovaný katódou elektrónky, sa pohybuje vysokou rýchlosťou smerom k obrazovke a je to v podstate elektrický prúd smerujúci opačným smerom ako pohyb elektrónov.

Katóda je niklový valec, ktorého koniec je potiahnutý vrstvou oxidu. Valec je umiestnený na tenkostennej keramickej trubici a vnútri je umiestnené volfrámové vlákno vyrobené vo forme špirály na zahrievanie katódy.
Katóda je umiestnená vo vnútri riadiacej elektródy 7 v tvare pohára. Na dne misky je vytvorený malý otvor, cez ktorý prechádzajú elektróny emitované z katódy; táto diera sa nazýva bránica. Malé záporné napätie (rádovo niekoľko desiatok voltov) sa aplikuje na riadiacu elektródu vzhľadom na katódu. Vytvára elektrické pole, ktoré pôsobí na elektróny emitované z katódy tak, že sa zhromažďujú do úzkeho lúča smerujúceho k tienidlu trubice. Priesečník trajektórií letu elektrónov sa nazýva tzv prvé ohnisko trubice. Zvýšením záporného napätia na riadiacej elektróde môžu byť niektoré elektróny natoľko vychýlené, že neprejdú cez otvor a tým sa zníži počet elektrónov dopadajúcich na tienidlo. Zmenou napätia riadiacej elektródy môžete regulovať počet elektrónov v nej. To vám umožní zmeniť jas svetelného bodu na obrazovke katódovej trubice, ktorá je zakrytá špeciálne zloženie, ktorý má schopnosť žiariť pod vplyvom dopadajúceho elektrónového lúča.
Súčasťou elektrónovej pištole sú aj dve anódy, ktoré vytvárajú urýchľovacie pole: prvá je zaostrovacia 1 a druhý je manažér 2 . Každá z anód je valec s membránou, ktorá slúži na obmedzenie prierezu elektrónového lúča.
Anódy sú umiestnené pozdĺž osi trubice v určitej vzdialenosti od seba. Na prvú anódu je privedené kladné napätie rádovo niekoľko stoviek voltov a druhá anóda, pripojená k aquadag elektrónky, má kladný potenciál niekoľkonásobne väčší ako potenciál prvej anódy.
Elektróny unikajúce z otvoru riadiacej elektródy, vstupujúce do elektrického poľa prvej anódy, nadobúdajú vysokú rýchlosť. Letiaci vo vnútri prvej anódy je elektrónový lúč stlačený pod vplyvom síl elektrického poľa a vytvára tenký elektrónový lúč. Potom elektróny preletia cez druhú anódu, získajú ešte vyššiu rýchlosť (niekoľko tisíc kilometrov za sekundu) a preletia cez membránu na obrazovku. Na druhom z nich sa pod vplyvom nárazov elektrónov vytvorí svetelná škvrna s priemerom menším ako jeden milimeter. Toto miesto sa nachádza druhé zameranie katódová trubica.
Na vychýlenie elektrónového lúča v dvoch rovinách je katódová trubica vybavená dvoma pármi dosiek 6 A 4 , umiestnené v rôznych na seba kolmých rovinách.
Prvý pár tanierov 6 , ktorý sa nachádza bližšie v elektrónovom dele, slúži na vychyľovanie lúča vo vertikálnom smere; tieto dosky sa nazývajú vertikálne vychyľovanie. Druhý pár tanierov 4 , umiestnený bližšie k rúrkovej clone, slúži na vychýlenie lúča v horizontálnom smere; tieto dosky sa nazývajú horizontálne vychyľovanie.
Uvažujme o princípe fungovania vychyľovacích dosiek (obr. 201).

Vychyľovacie dosky IN 2 a G 2 pripojený k posúvačom potenciometra P v a P d) Na konce potenciometrov sa aplikuje konštantné napätie. Vychyľovacie dosky IN 1 a G 1 sú rovnako ako stredy potenciometrov uzemnené a ich potenciály sú nulové.
Keď sú posúvače potenciometra v strednej polohe, potenciál na všetkých platniach je nulový a elektrónový lúč vytvára svetelný bod v strede obrazovky - bod O. Pri pohybe posúvača potenciometra P g vľavo na tanier G 2 sa aplikuje záporné napätie, a preto sa elektrónový lúč, odpudzujúci túto dosku, odchýli a svetelný bod na obrazovke sa posunie v smere bodu. A.
Pri pohybe posúvača potenciometra P g potenciál pravej dosky G 2 sa elektrónový lúč zväčší a následne sa svetelný bod na obrazovke posunie horizontálne do bodu B. Teda s kontinuálnou zmenou potenciálu na platni G 2 nakreslí elektrónový lúč na obrazovke vodorovnú čiaru AB.
Podobne pri zmene potenciometrom P v napätí na vertikálnych vychyľovacích doskách sa lúč vychýli vertikálne a nakreslí zvislú čiaru na obrazovke VG. Súčasnou zmenou napätia na oboch pároch vychyľovacích dosiek sa môže elektrónový lúč pohybovať ľubovoľným smerom.
Obrazovka katódovej trubice je potiahnutá špeciálnou zlúčeninou - fosforom, ktorý môže žiariť pod vplyvom nárazov rýchlo letiacich elektrónov. Keď teda zaostrený lúč zasiahne jeden alebo druhý bod na obrazovke, začne svietiť.
Na zakrytie obrazoviek katódových trubíc sa používajú fosfory vo forme oxidu zinočnatého, berýlium zinku, zmesi síranu zinočnatého so síranom kademnatým atď. Tieto materiály majú tú vlastnosť, že po dopade elektrónov ešte nejaký čas žiaria. zastavil. To znamená, že majú dosvit.
Je známe, že ľudské oko, ktoré získalo vizuálny dojem, ho dokáže udržať asi 1/16 sekundy. V katódovej trubici sa lúč môže pohybovať po obrazovke tak rýchlo, že niekoľko po sebe idúcich svetelných bodov na obrazovke vníma oko ako súvislú svetelnú čiaru.
Napätie, ktoré sa má študovať (uvažované) pomocou osciloskopu, sa aplikuje na vertikálne vychyľovacie dosky trubice. Na vodorovné vychyľovacie dosky je privedené pílovité napätie, ktorého graf je znázornený na obr. 202, a.

Toto napätie dodáva elektronický generátor pílovitých impulzov, ktorý je namontovaný vo vnútri osciloskopu. Pod vplyvom pílovitého napätia sa elektrónový lúč pohybuje horizontálne po obrazovke. Počas t 1 - t 8 sa lúč pohybuje po obrazovke zľava doprava a v priebehu času t 9 - t 10 sa rýchlo vráti do pôvodnej polohy, potom sa opäť pohne zľava doprava atď.
Poďme zistiť, ako môžete na obrazovke katódovej trubice osciloskopu vidieť tvar krivky okamžitých hodnôt napätia privádzaných na vertikálne vychyľovacie dosky. Predpokladajme, že na vodorovné vychyľovacie trubice pôsobí pílovité napätie s amplitúdou 60 V a s obdobím zmeny 1/50 sek.
Na obr. Obrázok 202, b znázorňuje jednu periódu sínusového napätia, ktorej tvar krivky chceme vidieť, a kruh (obr. 202, c) znázorňuje výsledný pohyb elektrónového lúča na obrazovke osciloskopovej trubice.
Napätia v rovnakých okamihoch majú rovnaké označenia na horných dvoch grafoch.
V určitom okamihu t 1 pílové napätie ( U d), vychyľovanie elektrónového lúča vodorovne, sa rovná 60 V a napätie na zvislých platniach U sa rovná nule a na obrazovke sa rozsvieti bodka O 1. V určitom okamihu t 2 napätie U g = -50 V a napätie U v = 45 V. V rovnakom čase t 2 - t 1 sa elektrónový lúč presunie do polohy O 2 online O 1 - O 2. V určitom okamihu t 3 napätie U g = 35 V a napätie U in = 84,6 V. Počas t 3 - t 2 lúč sa presunie do bodu O 3 online O 2 - O 3 atď.
Proces pôsobenia elektrických polí vytvorených oboma pármi vychyľovacích dosiek na elektrónový lúč bude pokračovať a lúč sa bude vychyľovať ďalej pozdĺž čiary. O 3 - O 4 - o 6 atď.
Počas t 10 - t 9 sa elektrónový lúč rýchlo odchýli doľava (lúč sa obráti) a potom sa proces zopakuje: Testované napätie sa periodicky mení, takže elektrónový lúč sa bude opakovane pohybovať po rovnakej dráhe, čo vedie k pomerne jasnému čiara, ktorá má podobný tvar ako krivka napätia aplikovaná na vertikálne vychyľovacie dosky trubice.
Pretože perióda (a frekvencia) napätí pulzov pílového pohybu a sledovaného napätia sú rovnaké, sínusoida na obrazovke bude nehybná. Ak je frekvencia týchto napätí odlišná a nie je násobkom každého iného, ​​potom sa obraz bude pohybovať pozdĺž obrazovky trubice.
Keď sú dve sínusové napätia rovnakých amplitúd a frekvencií, ale fázovo posunuté o 90°, pripojené k obom párom vychyľovacích dosiek, na obrazovke trubice bude viditeľný kruh. Pomocou osciloskopu teda môžete pozorovať a skúmať rôzne procesy vyskytujúce sa v elektrických obvodoch. Okrem generátora pílovitých impulzov má osciloskop zosilňovače na zosilnenie napätia aplikovaného na vertikálne vychyľovacie dosky lúča a pílovitého napätia aplikovaného na horizontálne vychyľovacie dosky.

Federálna agentúra pre vzdelávanie

Kuzbassova štátna pedagogická akadémia

Katedra automatizácie výrobných procesov

Esej

v rádiotechnike

Predmet:Oscilografická katódová trubica. Vysielanie televíznych trubíc

Indikátory elektrónového lúča

1.1 Základné parametre CRT

1.2 Osciloskopické elektrónky

II. Vysielanie televíznych trubíc

2.1 Vysielacie televízne trubice s akumuláciou náboja

2.1.1 Ikonoskop

2.1.2 Superikonoskop

2.1.3 Orticon

2.1.4 Superorthikon

2.1.5 Vidicon

Bibliografia

ja. Indikátory elektrónového lúča

Elektrónový lúč je elektronické vákuové zariadenie, ktoré využíva prúd elektrónov koncentrovaných vo forme lúča alebo zväzku lúčov.

Katódové zariadenia, ktoré majú tvar trubice predĺženej v smere lúča, sa nazývajú katódové trubice (CRT). Zdrojom elektrónov v CRT je vyhrievaná katóda. Elektróny emitované katódou sú zhromažďované do úzkeho lúča elektrickým alebo magnetickým poľom špeciálnych elektród alebo cievok s prúdom. Elektrónový lúč je zaostrený na tienidlo, na výrobu ktorého je vnútro sklenenej trubice potiahnuté fosforom – látkou, ktorá môže pri bombardovaní elektrónmi žiariť. Polohu bodu na obrazovke viditeľnú cez sklo balónika je možné kontrolovať vychyľovaním toku elektrónov jeho vystavením elektrickému alebo magnetickému poľu špeciálnych (vychyľovacích) elektród alebo cievok s prúdom. Ak je elektrónový lúč vytvorený a riadený pomocou elektrostatických polí, potom sa takéto zariadenie nazýva elektrostaticky riadená CRT. Ak sa na tieto účely používajú nielen elektrostatické, ale aj magnetické polia, potom sa zariadenie nazýva magneticky riadená CRT.

Schematické znázornenie katódovej trubice

Obr.1

Obrázok 1 schematicky znázorňuje CRT zariadenie. Rúrkové prvky sú umiestnené v sklenenej nádobe, z ktorej je vzduch evakuovaný na zvyškový tlak 1-10 μPa. Okrem elektrónového dela, ktoré obsahuje katódu 1, mriežku 2 a urýchľovaciu elektródu 3, má elektrónová trubica magnetický vychyľovací a zaostrovací systém 5 a vychyľovacie elektródy 4, ktoré umožňujú smerovať elektrónový lúč do rôznych body na vnútornom povrchu tienidla 9, ktoré má kovovú anódovú mriežku 8 s vodivou fosforovou vrstvou. Napätie sa privádza na anódovú mriežku s fosforom cez vysokonapäťový vstup 7. Lúč elektrónov dopadajúci vysokou rýchlosťou na fosfor spôsobí, že sa rozžiari a na obrazovke je možné vidieť svetelný obraz elektrónového lúča.

Moderné zaostrovacie systémy poskytujú priemer svetelného bodu na obrazovke menej ako 0,1 mm. Celý systém elektród, ktoré tvoria elektrónový lúč, je namontovaný na držiakoch (traverzách) a tvorí jediné zariadenie nazývané elektrónový reflektor. Na ovládanie polohy svietiaceho bodu na obrazovke sa používajú dva páry špeciálnych elektród - vychyľovacie platne, umiestnené navzájom kolmo. Zmenou potenciálového rozdielu medzi doskami každého páru je možné meniť polohu elektrónového lúča vo vzájomne kolmých rovinách vplyvom elektrostatických polí vychyľovacích dosiek na elektróny. Špeciálne generátory v osciloskopoch a televízoroch generujú lineárne sa meniace napätie, ktoré sa privádza na vychyľovacie elektródy a vytvára vertikálne a horizontálne skenovanie obrazu. Výsledkom je, že na obrazovke sa získa dvojrozmerný obraz obrazu.

Magneticky riadená CRT obsahuje rovnaký elektronický reflektor ako elektrostaticky riadená CRT, s výnimkou druhej anódy. Namiesto toho sa používa krátka cievka (zaostrovanie) s prúdom, umiestnená na hrdle elektrónky v blízkosti prvej anódy. Nerovnomerné magnetické pole zaostrovacej cievky pôsobiace na elektróny pôsobí ako druhá anóda v elektrostatickej zaostrovacej trubici.

Vychyľovací systém v magneticky ovládanej trubici je vyrobený vo forme dvoch párov vychyľovacích cievok, taktiež umiestnených na hrdle trubice medzi zaostrovacou cievkou a clonou. Magnetické polia dvoch párov cievok sú navzájom kolmé, čo umožňuje riadiť polohu elektrónového lúča pri zmene prúdu v cievkach. Magnetické vychyľovacie systémy sa používajú v trubiciach s vysokým anódovým potenciálom, ktorý je potrebný na dosiahnutie vysokého jasu obrazovky, najmä v televíznych prijímacích trubiciach - obrazovkách. Pretože magnetický vychyľovací systém je umiestnený mimo valca CRT, je vhodné ho otáčať okolo osi CRT, čím sa mení poloha osí na obrazovke, čo je dôležité pri niektorých aplikáciách, ako sú napríklad radarové displeje. Na druhej strane je magnetický vychyľovací systém viac zotrvačný ako elektrostatický a neumožňuje pohyb lúča s frekvenciou väčšou ako 10-20 kHz. Preto osciloskopy - prístroje určené na pozorovanie zmien elektrických signálov v priebehu času na obrazovke CRT - používajú elektrostaticky riadené elektrónky. Všimnite si, že existujú CRT s elektrostatickým zaostrovaním a magnetickým vychyľovaním.

1.1 ZákladnémožnostiCRT

Farba žiary obrazovky sa môže líšiť v závislosti od zloženia fosforu. Najčastejšie sa používajú obrazovky s bielou, zelenou, modrou a fialovou farbou, existujú však obrazovky CRT so žltou, modrou, červenou a oranžovou farbou.

Dosvit je čas potrebný na zníženie jasu žiary z nominálnej na počiatočnú po ukončení elektronického bombardovania obrazovky. Dosvit je rozdelený do piatich skupín: od veľmi krátkeho (menej ako 10 -5 s) po veľmi dlhé (viac ako 16 s).

Rozlíšenie je šírka svetelnej zaostrenej čiary na obrazovke alebo minimálny priemer svetelného bodu.

Jas obrazovky je intenzita svetla vyžarovaného 1 m 2 obrazovky v smere kolmom na jej povrch. Citlivosť na vychýlenie je pomer posunutia bodu na obrazovke k hodnote napätia vychýlenia alebo intenzity magnetického poľa.

Existovať odlišné typy CRT: oscilografické CRT, prijímacie televízne elektrónky, vysielacie televízne elektrónky atď. Vo svojej práci sa budem zaoberať návrhom a princípom činnosti oscilografickej CRT a vysielacej televíznej elektrónky.

1.2 Oscilografické elektronické lúčové trubice

Osciloskopické trubice sú navrhnuté tak, aby zachytávali obrazy elektrických signálov na obrazovke. Typicky ide o elektrostaticky riadené CRT, ktoré používajú zelená farbažiara obrazovky a na fotografovanie - modrá alebo modrá. Na pozorovanie rýchlych periodických procesov sa používajú CRT so zvýšeným jasom a krátkym dosvitom (nie viac ako 0,01 s). Pomalé periodické a jednotlivé rýchle procesy sú najlepšie pozorovateľné na CRT obrazovkách s dlhým dosvitom (0,1-16 s). Oscilografické CRT sú dostupné s okrúhlymi a obdĺžnikovými obrazovkami s veľkosťou od 14x14 do 254 mm v priemere. Na súčasné pozorovanie dvoch alebo viacerých procesov sa vyrábajú viaclúčové CRT, v ktorých sú namontované dva (alebo viac) nezávislých elektronických reflektorov so zodpovedajúcimi vychyľovacími systémami. Bodové svetlá sú namontované tak, že osi sa pretínajú v strede obrazovky.

II. Vysielanie televíznych trubíc

Vysielacie televízne trubice a systémy premieňajú obrazy prenášaných objektov na elektrické signály. Vysielacie televízne elektrónky a systémy sa na základe spôsobu premeny obrazov prenášaných predmetov na elektrické signály delia na okamžité elektrónky a systémy a elektrónky s akumuláciou náboja.

V prvom prípade je veľkosť elektrického signálu určená svetelným tokom, ktorý v danom časovom okamihu dopadá buď na katódu fotobunky, alebo na elementárny úsek fotokatódy vysielacej televíznej trubice. V druhom prípade sa svetelná energia premení na elektrické náboje na akumulačnom prvku (terči) vysielacej televíznej trubice počas periódy snímania snímok. Rozloženie elektrických nábojov na terči zodpovedá rozloženiu svetla a tieňa po povrchu prenášaného objektu. Celkový počet elektrických nábojov na cieli sa nazýva potenciálny reliéf. Elektrónový lúč periodicky prechádza okolo všetkých elementárnych oblastí cieľa a odpisuje potenciálny reliéf. V tomto prípade sa napätie užitočného signálu uvoľní na odpore záťaže. Rúry druhého typu, t.j. s akumulovanou svetelnou energiou, majú väčšiu účinnosť ako elektrónky prvého typu, preto sú široko používané v televízii. Preto podrobnejšie zvážim štruktúru a typy rúrok druhého typu.

Vysielacie televízne trubice s akumuláciou náboja

Ikonoskop

Najdôležitejšou časťou ikonoskopu (obr. 1a) je mozaika, ktorú tvorí tenký plát sľudy hrúbky 0,025 mm. Sľuda sa aplikuje na jednu stranu veľké číslo 4 malé strieborné zrná izolované od seba, oxidované a upravené v céznych parách.

Fosfory sa nanášajú na tienidlo katódovej trubice vo forme malých bodiek a tieto bodky sa zhromažďujú v skupinách po troch; v každej trojici alebo trojici je jedna červená, jedna modrá a jedna zelená bodka. Na obrázku som vám ukázal niekoľko takýchto triád. Celkovo je na obrazovke trubice asi 500 tisíc triád. Obraz, ktorý vidíte v televízii, pozostáva výlučne zo svietiacich bodov. Tam, kde sú detaily obrazu svetlejšie, na bodky dopadá viac elektrónov a tie žiaria jasnejšie. Zapnuté tmavé miesta V súlade s tým je zachytených menej elektrónových obrazov. Ak je na farebnom obrázku biely detail, potom všade v rámci tohto detailu všetky tri body v každej triáde žiaria rovnakým jasom. Naopak, ak je na farebnom obrázku červený detail, tak všade v rámci tohto detailu svietia iba červené bodky každej triády a zelené a modré bodky nežiaria vôbec.

Rozumiete, čo znamená vytvoriť farebný obraz na televíznej obrazovke? To je po prvé, prinútiť elektróny, aby padali na správne miesta, to znamená do tých fosforových bodov, ktoré by mali svietiť, a aby nepadali na iné miesta, teda na tie body, ktoré by nemali svietiť. Po druhé, elektróny musia ísť na správne miesta v správny čas. Obraz na obrazovke sa totiž neustále mení a tam, kde bol v istom momente napríklad jasne oranžový fľak, by sa mal o chvíľu objaviť tmavofialový fľak. Napokon, po tretie, správny počet elektrónov musí dopadnúť na správne miesto a v správnom čase. Viac – tam, kde by mala byť žiara jasnejšia, a menej – tam, kde je žiara tmavšia.

Keďže na obrazovke je takmer jeden a pol milióna fosforových bodov, úloha sa na prvý pohľad zdá byť mimoriadne náročná. V skutočnosti - nič zložité. Po prvé, katódová trubica nemá jednu, ale tri samostatné vyhrievané katódy. Presne to isté ako v bežnej vákuovej trubici. Každá katóda vyžaruje elektróny a vytvára okolo seba elektrónový oblak. V blízkosti každej katódy je mriežka a anóda. Počet elektrónov prechádzajúcich mriežkou k anóde závisí od napätia na mriežke. Zatiaľ sa všetko deje ako v bežnej trojelektródovej lampe - trióde.

Aký je rozdiel? Anóda tu nie je pevná, ale s otvorom v samom strede. Preto väčšina elektrónov pohybujúcich sa od katódy k anóde nie je zadržaná na anóde - vyletia von cez otvor vo forme okrúhleho lúča. Štruktúra pozostávajúca z katódy, mriežky a anódy sa nazýva elektrónové delo. Pištoľ ako keby vystrelila lúč elektrónov a počet elektrónov v lúči závisí od napätia na mriežke.

Namierené elektrónové zbrane tak, že lúč vyžarovaný z prvého dela zasiahne vždy len červené bodky trojíc, lúč z druhého dela len na zelené bodky a lúč z tretieho dela len na modré bodky. Týmto spôsobom je vyriešený jeden z troch problémov tvorby farebného obrazu. Aplikovaním požadovaných napätí na mriežky každej z troch pištolí sa nastavia požadované intenzity červeného, ​​zeleného a modrého svetla, a preto poskytujú požadované sfarbenie pre každý detail obrazu.

Študent by mal vedieť : bloková schéma osciloskopu; účel hlavných blokov osciloskopu; zariadenie a princíp činnosti katódovej trubice; princíp činnosti generátora rozmietania (pilové napätie), pridanie vzájomne kolmých kmitov.

Študent musí byť schopný : experimentálne určiť cenu delenia horizontálne a vertikálne, merať veľkosť jednosmerného napätia, periódu, frekvenciu a amplitúdu striedavého napätia.

Stručná teória Štruktúra osciloskopu

Elektronický osciloskop je univerzálne zariadenie, ktoré umožňuje sledovať rýchle elektrické procesy (trvajúce až 10-12 s). Pomocou osciloskopu môžete merať napätie, prúd, časové intervaly a určiť fázu a frekvenciu striedavého prúdu.

Pretože Keďže potenciálne rozdiely vznikajú vo fungovaní nervov a svalov živých organizmov, elektronický osciloskop alebo jeho modifikácie sú široko používané v biologických a lekárskych štúdiách fungovania rôznych orgánov, srdca, nervového systému, očí, žalúdka atď.

Prístroj je možné použiť na pozorovanie a meranie neelektrických veličín, ak sú použité špeciálne primárne prevodníky.

V osciloskope sa nenachádzajú žiadne pohyblivé mechanické časti (viď obr. 1), ale elektrónový lúč je vychyľovaný elektricky resp. magnetické polia. Úzky lúč elektrónov dopadajúci na obrazovku potiahnutú špeciálnym zložením spôsobuje, že v tomto bode žiari. Keď sa lúč elektrónov pohybuje, môžete ho sledovať pohybom svetelnej bodky na obrazovke.

Elektrónový lúč „monitoruje“ zmenu v skúmanom elektrickom poli a drží s ním krok, pretože elektrónový lúč je prakticky bez zotrvačnosti.

Ryža. 1. Obr. 2.

Štruktúra katódovej trubice Katóda a modulátor

To je veľká výhoda elektronického osciloskopu v porovnaní s inými záznamovými prístrojmi.

Moderný elektronický osciloskop má tieto hlavné komponenty: katódovú trubicu (CRT), skenovací generátor, zosilňovače a napájací zdroj.

Návrh a prevádzka katódovej trubice

Uvažujme zariadenie katódovej trubice s elektrostatickým zaostrovaním a elektrostatickým riadením elektrónového lúča.

CRT, schematicky znázornená na obr. 1, je špeciálne tvarovaná sklenená banka, v ktorej sa vytvára vysoké vákuum (asi 10 -7 mm Hg). Vo vnútri banky sú elektródy, ktoré vykonávajú funkciu elektrónovej pištole na vytvorenie úzkeho zväzku elektrónov; dosky na vychyľovanie lúča a clonu pokrytú vrstvou fosforu.

Elektrónové delo pozostáva z katódy 1, riadiacej (modulačnej) elektródy 2, prídavnej tieniacej elektródy 3 a prvej a druhej anódy 4, 5.

Vyhrievacia katóda 1 je vyrobená vo forme malého niklového valca, vo vnútri ktorého je vlákno, na prednom konci má vrstvu oxidu s funkciou nízkej elektrónovej práce na získavanie elektrónov (obr. 2).

Katóda je umiestnená vo vnútri riadiacej elektródy alebo modulátora, čo je kovová miska s otvorom na konci, cez ktorý môžu prechádzať elektróny. Riadiaca elektróda má negatívny potenciál voči katóde a zmenou hodnoty tohto potenciálu môžete regulovať intenzitu toku elektrónov prechádzajúcich jej otvorom a tým meniť jas obrazovky. Elektrické pole medzi katódou a modulátorom zároveň zaostruje elektrónový lúč (obr. 2).

Tieniaca elektróda 3 má potenciál mierne vyšší ako potenciál katódy a slúži na uľahčenie výstupu elektrónov, čím sa eliminuje interakcia elektrických polí riadiacej elektródy 2 a prvej anódy 4.

Dodatočné zaostrenie a zrýchlenie elektrónov nastáva elektrickým poľom medzi prvou a druhou anódou, čím sa vytvorí elektrónová šošovka. Tieto anódy sú vyrobené vo forme valcov s membránami vo vnútri. Prvá anóda 4 je napájaná kladným potenciálom vzhľadom na katódu rádovo stoviek voltov a druhá 5 rádovo tisíc voltov. Čiary intenzity elektrického poľa medzi týmito anódami sú znázornené na obr.

Katódová trubica (CRT) je jedno termionické zariadenie, ktoré sa nezdá byť v dohľadnej dobe mimo prevádzky. CRT sa používa v osciloskope na pozorovanie elektrických signálov a samozrejme ako obrazová trubica v televíznom prijímači a monitor v počítači a radare.

CRT sa skladá z troch hlavných prvkov: elektrónové delo, ktoré je zdrojom elektrónového lúča, systém vychyľovania lúča, ktorý môže byť elektrostatický alebo magnetický, a fluorescenčná clona, ​​ktorá vyžaruje viditeľné svetlo v bode, kde elektrónový lúč dopadá. . Všetky podstatné vlastnosti CRT s elektrostatickou výchylkou sú znázornené na obr. 3.14.

Katóda vyžaruje elektróny a tie letia smerom k prvej anóde Av na ktorý sa aplikuje napätie niekoľko tisíc voltov, kladné vzhľadom na katódu. Tok elektrónov je regulovaný mriežkou, ktorej záporné napätie je určené požadovaným jasom. Elektrónový lúč prechádza otvorom v strede prvej anódy a tiež cez druhú anódu, ktorá je vystavená mierne vyššiemu kladnému napätiu ako prvá anóda.

Ryža. 3.14. CRT s elektrostatickou výchylkou. Zjednodušený diagram pripojený k CRT zobrazuje ovládanie jasu a zaostrenia.

Účelom dvoch anód je vytvoriť medzi nimi elektrické pole so siločiarami zakrivenými tak, aby sa všetky elektróny lúča zbiehali na jednom mieste na obrazovke. Potenciálny rozdiel medzi anódami A 1 A L 2 sa vyberá pomocou ovládača zaostrenia tak, aby sa získal jasne zaostrený bod na obrazovke. Tento dvojanódový dizajn možno považovať za elektrónovú šošovku. Podobne možno magnetickú šošovku vytvoriť pôsobením magnetického poľa; V niektorých CRT sa zaostrovanie vykonáva týmto spôsobom. Tento princíp sa tiež používa s veľkým efektom v elektrónovom mikroskope, kde je možné použiť kombináciu elektrónových šošoviek na zabezpečenie veľmi veľké zväčšenie s rozlíšením tisíckrát lepším ako optický mikroskop.

Po anódach prechádza elektrónový lúč v CRT medzi vychyľovacími doskami, na ktoré môžu byť privedené napätia na vychýlenie lúča vo vertikálnom smere v prípade dosiek. Y a v horizontálnom smere v prípade dosiek X. Po vychyľovacej sústave lúč dopadá na fluorescenčnú clonu, teda na pokrytý povrch fosfor.

Na prvý pohľad elektróny po dopade na obrazovku nemajú kam ísť a možno si myslíte, že záporný náboj na nich narastie. V skutočnosti k tomu nedochádza, pretože energia elektrónov v lúči je dostatočná na to, aby sekundárne elektróny „vyšplechli“ z obrazovky. Tieto sekundárne elektróny sa potom zbierajú vodivým povlakom na stenách trubice. V skutočnosti z obrazovky zvyčajne odchádza toľko náboja, že sa na nej objaví potenciál niekoľkých voltov vzhľadom na druhú anódu.

Elektrostatické odmietnutie je štandardom pre väčšinu osciloskopov, ale je nepohodlné pre veľké CRT používané v televízii. V týchto trubiciach s ich obrovskými obrazovkami (uhlopriečka až 900 mm) je na dosiahnutie požadovaného jasu potrebné urýchliť elektróny v lúči na vysoké energie (typické napätie vysokého napätia

Ryža. 3.15. Princíp činnosti magnetického vychyľovacieho systému používaného v televíznych trubiciach.

zdroj 25 kV). Ak by takéto elektrónky s ich veľmi veľkým uhlom vychýlenia (110°) používali elektrostatický vychyľovací systém, boli by potrebné príliš veľké vychyľovacie napätia. Pre takéto aplikácie je štandardom magnetická odchýlka. Na obr. Obrázok 3.15 ukazuje typický dizajn magnetického vychyľovacieho systému, kde sa na vytvorenie vychyľovacieho poľa používajú dvojice cievok. Upozorňujeme, že osi cievky kolmý smer, v ktorom dochádza k vychýleniu, na rozdiel od stredových línií dosiek v elektrostatickom vychyľovacom systéme, ktorý paralelný smer odchýlky. Tento rozdiel zdôrazňuje, že elektróny sa správajú odlišne v elektrických a magnetických poliach.