Oszcilloszkóp katódsugárcső

Az oszcilloszkóp katódsugárcső egy katódsugárcső (CRT), amelyet elektromos jelek fluoreszkáló képernyőn történő megjelenítésére terveztek. A képernyőn látható kép nemcsak a jel alakjának vizuális értékelésére szolgál, hanem paramétereinek mérésére, esetenként filmre rögzítésére is.

Fizikai működési elvek és tervezési jellemzők

Az oszcilloszkóp CRT egy kiürített üvegkörte, amely elektronágyút , terelőrendszert és fluoreszkáló képernyőt tartalmaz. Az elektronágyút úgy tervezték, hogy keskeny elektronnyalábot képezzen, és azt a képernyőre fókuszálja. Az elektronokat a termikus emisszió jelensége miatt közvetetten melegített katód bocsátja ki fűtőberendezéssel . Az elektronsugár intenzitását és ennek következtében a képernyő foltjának fényességét a vezérlőelektródon lévő katódhoz képest negatív feszültség szabályozza - egy Wehnelt-henger formájában készült modulátor . Az első anód az elektronnyaláb előgyorsítására szolgál, a második és a harmadik anód az ezt követő elektrongyorsításra és fókuszálásra szolgál. A vezérlőelektróda és az anódrendszer egy fókuszáló rendszert alkot , ezt a gyorsított elektronnyalábképző rendszert általában elektronágyúnak nevezik . Az utolsó anód a katódsugárcsöves üveghenger belső kúpos részén elhelyezett vezető réteggel van elektromosan összekötve - aquadag . Az Aquadag a képernyőből kiütött másodlagos elektronok összegyűjtésére és az elektronnyaláb elektrosztatikus árnyékolására szolgál a külső elektrosztatikus mezőkből.

Az eltérítő rendszer két pár, egymásra merőlegesen orientált lemezből áll, amelyek az elektronsugárhoz képest vízszintesen és függőlegesen helyezkednek el. A vizsgálandó feszültséget a vízszintesen orientált lemezekre, amelyeket függőleges eltérítési lemezeknek nevezünk , és az eltérítés érzékenységének növelése érdekében ezt a lemezpárt közelebb helyezzük az elektronágyúhoz. A függőleges lemezekre, amelyeket vízszintes eltérítési lemezeknek neveznek, egy általános alkalmazásban egy sweep-generátor fűrészfog-feszültségét alkalmazzák a folyamatok idő függvényében történő megjelenítésére . A terelőlemezek közötti elektromos tér hatására az elektronsugár az alkalmazott feszültség arányában eltér eredeti pályájától. A katódsugárcsöves képernyő fényfoltja két, egymásra merőleges koordináta mentén eltolódik, és megjeleníti a vizsgált jel alakját. Mivel a fűrészfog feszültsége az előremenetben lineárisan változik az idő függvényében, a képernyő fényfoltja is állandó sebességgel mozog a képernyőn, általában balról jobbra a könnyebb megfigyelés érdekében. Ezt az eltérési módot idősöprésnek nevezik .

Ha két különböző szinuszos jelet alkalmazunk a függőleges és vízszintes eltérítési lemezekre, akkor Lissajous-számok láthatók a képernyőn , amelyek a frekvenciák összehasonlítására szolgálnak.

Az eltérítési feszültségek jellegének megváltoztatásával a katódsugárcsöves képernyőn különféle funkcionális függőségek figyelhetők meg, például egy kétterminális hálózat áram-feszültség karakterisztikája , ha a rákapcsolt feszültségváltozással arányos jelet adunk az egyikre. a pár terelőlemezről, és a másik pár terelőlemezen átfolyó feszültséggel arányos jelet adunk a másik pár terelőlemezre. Ezt a módszert speciális eszközökben használják - karaktergrafikusokban .

Az oszcilloszkópos CRT-k elektrosztatikus nyalábeltérítést alkalmaznak, mivel a vizsgált jelek tetszőleges alakúak és széles frekvenciaspektrumúak lehetnek , és az elektromágneses eltérítés alkalmazása az oszcilloszkópos CRT-kben nem lehetséges az eltérítő tekercs impedanciájának frekvenciafüggése miatt , ami korlátozza az eltérítést. sebesség.

Az oszcilloszkópos CRT-k általában az elektronsugár elektrosztatikus fókuszálását használják, de a speciális oszcilloszkópos CRT-k néha az elektronsugár mágneses fókuszálását is használják , hogy az elektronsugár jobb fókuszálását érjék el a képernyőn. (További részletekért lásd az elektronpisztoly cikket ) .

CRT "alacsony frekvenciájú" tartomány (100 MHz-ig)

A 100 MHz-nél kisebb frekvenciaspektrum-szélességű jelek megfigyelésekor az elektronok eltérítő rendszeren való átrepülési ideje elhanyagolható. Az elektronok repülési idejét a következő képlettel becsüljük meg:

t\approx l{\sqrt {\frac {m}{2eU_{a))))),

ahol és az elektron töltése és tömege;

e

m

l

a lemezek hossza az elektronsugár mentén;

U_{a}

az anódfeszültség.

A nyaláb eltérülése a képernyő síkjában arányos a lemezekre adott feszültséggel (feltételezve, hogy a lemezeken a feszültség állandó marad az elektronok repülése során a terelőlemezek terén): $\Delta$ $U_{OT}$

\Delta ={\frac {U_{OT}lD}{2U_{a}d)),

hol a távolság a lemezek eltérésének középpontja és a képernyő között;

D

d

a lemezek közötti távolság.

A terelőlemezek vezetékeinek parazita induktivitásának csökkentése érdekében az elektromos vezetékeiket gyakran nem a cső alján, hanem a lemezek közvetlen közelében vezetik ki.

A ritkán ismétlődő és egyedi jelek megfigyelésére használt katódsugárcsövekben hosszú utánvilágítási idejű fényporokat használnak.

CRT 100 MHz felett

Gyorsan változó szinuszos hullámalakoknál az elhajlási érzékenység csökkenni kezd, és ahogy a szinusz periódusa közeledik a repülés idejéhez, az elhajlási érzékenység nullára csökken. Különösen, ha széles spektrumú impulzusjeleket figyelünk meg (a nagyfrekvenciás spektrális komponensek frekvenciája egyenlő vagy meghaladja a repülési idő reciproka), ez a hatás a megfigyelt jel alakjának torzulásához vezet az eltérő érzékenység miatt. a különböző spektrális komponensektől való eltérés. Az anódfeszültség növelése vagy a lemezek hosszának csökkentése csökkentheti a repülési időt és csökkentheti ezeket a torzulásokat, de ez csökkenti az elhajlás érzékenységét. Ezért a 100 MHz-et meghaladó frekvenciaspektrumú jelek oszcillográfiájához az eltérítő rendszereket mozgó hullámvonal formájában készítik, általában spirális típusúak. A jel a spirál elektronnyalábja mentén a kezdetre kerül, és elektromágneses hullám formájában fázissebességgel mozog az eltérítő rendszer mentén : $V f}$

v_{f}={\frac {ch_{c}}{l_{c}}},

ahol a fénysebesség, a csavarmenet emelkedése, a csavarmenet hossza. Ennek eredményeként a repülési idő befolyása kiküszöbölhető, ha az elektronsebességet úgy választjuk meg, hogy egyenlő legyen a hullám fázissebességgel a rendszer tengelye irányában.

c

h_{c}

l_{c}

A jelteljesítmény-veszteségek csökkentése érdekében az ilyen CRT-k eltérítő rendszerének következtetéseit koaxiálissá teszik . A koaxiális perselyek geometriáját úgy választjuk meg, hogy hullámellenállásuk megfeleljen a spirális terelőrendszer hullámellenállásának.

Csövek utógyorsítással

Az elhajlási érzékenység növeléséhez alacsony elektronsebességre, azaz alacsony anódfeszültségre van szükség a nyalábban, ez azonban az elektronenergia csökkenése és a rossz fókuszálás miatt a kép fényerejének csökkenéséhez vezet.

Ezért az oszcillografikus CRT-ben utógyorsítási rendszert alkalmaznak. Ez egy olyan elektródarendszer, amely a terelőrendszer és a képernyő között helyezkedik el, a katódsugárcsöves üvegtartály belső felületén vezető bevonat formájában. Az elektródák (anódok) rendszere egy (az ábrán a opció ) vagy több anódból ( b opció az ábrán) állhat, amelyek növekvő feszültségét egy külső ellenállásos feszültségosztó táplálja . Gyakran használnak gyorsítás utáni elektródákat, amelyek henger alakú , nagy ellenállású vezető szalag formájában készülnek, amelyet a henger belső felületén, a képernyő közelében helyeznek el. Ha gyorsítás után spirál anódot használunk, nincs szükség külső ellenállásosztóra ( c opció az ábrán).

Erősítő csövek

A több gigahertzes tartományban működő szélessávú CRT-ekben fényerő-erősítőket használnak a fényerő növelésére az érzékenység elvesztése nélkül. A fényerő-erősítő egy mikrocsatorna lemez , amely a CRT belsejében, a fluoreszkáló képernyő előtt található. A lemez speciális félvezető üvegből készül, magas másodlagos emissziós tényezővel. A csatornákba (melyek átmérője jóval kisebb a hosszuknál) beeső nyalábelektronok kiütik falukból az elektronokat, felgyorsítva a lemez végein lévő fémbevonat által keltett elektromos tér hatására, amelyek között nagy feszültség van. alkalmazzák, és a mikrocsatorna falaira esve kiütik a másodlagos elektronokat , amelyek felgyorsulnak, viszont új szekunder elektronokat ütnek ki, és az elektronáramlás lavina megsokszorozódása következik be. A mikrocsatornás erősítő elektronikus áramának összerősítése elérheti a 10 5 ... 10 6 értéket . A mikrocsatornák falán lévő töltések felhalmozódása miatt azonban a mikrocsatornás erősítő csak nanoszekundumos impulzusokra hatásos, egyszeri vagy követő, alacsony ismétlési gyakorisággal.

Skála

A CRT képernyőn reprodukált jel paramétereinek méréséhez a leolvasást osztásos skálán kell elvégezni. Amikor a skálát a CRT képernyő külső felületére alkalmazzuk, a mérési pontosság csökken a vizuális parallaxis miatt, amelyet az okoz, hogy a skálarács és a fényporon lévő kép eltérő síkban van. Ezért a modern katódsugárcsövekben a skála közvetlenül a képernyő belső felületére kerül, azaz gyakorlatilag a fényporon lévő jelképhez igazodik.

Speciális CRT-k kontaktfotózáshoz

A jel kontaktfotózásának minőségének javítása érdekében a képernyőt üvegszálas lemez formájában készítik. Ez a megoldás lehetővé teszi a kép átvitelét a belső felületről a külsőre, miközben megőrzi annak tisztaságát. A kép elmosódását az üvegszál szálak átmérője korlátozza, amely általában nem haladja meg a 20 µm-t. A fényképezésre szánt katódsugárcsövekben fényporokat használnak , amelyek emissziós spektruma összhangban van a fényképészeti anyag spektrális érzékenységével.

Jegyzetek

↑ Eszközök a katódsugárcsövek információinak megjelenítésére

Irodalom

Vukolov N. I., Gerbin A. I., Kotovshchikov G. S. Cathode -ray tubes: a Handbook .. - M . : Radio and communication, 1993. - 576 p. - ISBN 5-256-00694-0 .
Zhigarev A. A., Shamaeva G. T. Elektronsugaras és fotoelektronikai eszközök: Tankönyv egyetemek számára. - M . : Felsőiskola, 1982. - 463 p.
Oszcillografikus katódsugárcső / G. I. Semenik, M. V. Tsekhonovich // Nikko – Otoliths. - M . : Szovjet Enciklopédia, 1974. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 kötetben] / főszerkesztő A. M. Prohorov ; 1969-1978, 18. köt.).

elektronsugaras eszközök
Adók	Anatómus Ikonoszkóp szuperikonoszkóp Orticon szuperortikon Vidicon Monoszkóp	Crookes cső
Foster	Oszcilloszkóp cső Képcső lézer Eidophor Kijelző katódsugárcső Reklámnyomtató CRT Kadroscope
emlékezve	Williams cső Bistabil közvetlen nézetű memóriacső Skiatron Potenciáloszkóp graphecon Typotron
Elektron mikroszkóp	Raszter Áttetsző Átlátszó raszter kisfeszültségű
Egyéb	Trochotron Crookes cső Funkcionális katódsugárcső Polytron
Fő részek	elektronágyú Fűtő Katód Fotokatód Modulátor gyorsító elektróda Fókuszáló elektróda / tekercs eltérítő rendszer Cél Maszk nyílás rács árnyék maszk Aquadag Getter lábazat mikrocsatornás lemez
Fogalmak	elektronsugár sugarak konvergenciája Foszfor beégés Letapogatás