Oscilloskop katodestrålerør

Et oscilloskop katodestrålerør er et katodestrålerør (CRT) designet til at vise elektriske signaler på en fluorescerende skærm. Billedet på skærmen tjener ikke kun til visuel evaluering af signalformen, men også til måling af dets parametre og i nogle tilfælde til at fiksere det på film.

Fysiske principper for drift og designfunktioner

Et oscilloskop CRT er en evakueret glaspære, der indeholder en elektronkanon , et afbøjningssystem og en fluorescerende skærm. Elektronkanonen er designet til at danne en smal elektronstråle og fokusere den på skærmen. Elektroner udsendes af en indirekte opvarmet katode med et varmelegeme på grund af fænomenet termionisk emission . Intensiteten af elektronstrålen og følgelig lysstyrken af stedet på skærmen reguleres af en negativ spænding i forhold til katoden på kontrolelektroden - en modulator lavet i form af en Wehnelt-cylinder . Den første anode bruges til at for-accelerere elektronstrålen, den anden og tredje anode bruges til efterfølgende elektronacceleration og fokusering. Styreelektroden og anodesystemet danner et fokuseringssystem , dette accelererede elektronstråledannelsessystem kaldes normalt en elektronkanon . Den sidste af anoderne er elektrisk forbundet med et ledende lag aflejret på den indre koniske del af CRT glascylinder- aquadag . Aquadag er designet til at opsamle sekundære elektroner slået ud af skærmen og elektrostatisk afskærmning af elektronstrålen fra eksterne elektrostatiske felter.

Afbøjningssystemet består af to par indbyrdes vinkelret orienterede plader placeret vandret og lodret i forhold til elektronstrålen. Spændingen under test påføres de vandret orienterede plader, som kaldes vertikale afbøjningsplader , og for at øge følsomheden af afbøjningen placeres dette plader tættere på elektronkanonen. Til lodrette plader, kaldet vandrette afbøjningsplader , i en almindelig anvendelse, påføres en savtandspænding fra en sweep-generator for at vise processer som en funktion af tiden . Under påvirkning af det elektriske felt mellem afbøjningspladerne afviger elektronstrålen fra sin oprindelige bane i forhold til den påførte spænding. Den lysende plet på CRT-skærmen forskydes langs to indbyrdes vinkelrette koordinater og viser formen af det signal, der undersøges. Da savtandspændingen på det fremadrettede slag varierer lineært med tiden, bevæger den lysende plet på skærmen sig også med konstant hastighed hen over skærmen, normalt fra venstre mod højre for at lette observationen. Denne afvigelsesmåde kaldes tidssweep .

Hvis to forskellige sinusformede signaler påføres de lodrette og vandrette afbøjningsplader, så observeres Lissajous-tal på skærmen , der bruges til at sammenligne frekvenser.

Ved at ændre karakteren af afbøjningsspændingerne kan der observeres forskellige funktionelle afhængigheder på CRT-skærmen, for eksempel strømspændingskarakteristikken for et to-terminalt netværk , hvis et signal, der er proportionalt med den skiftende spænding, der påføres det, tilføres til en af afbøjningspladeparrene, og et signal, der er proportionalt med den spænding, der strømmer gennem det andet par af afbøjningsplader, tilføres det andet par af afbøjningsplader. Denne metode bruges i specielle enheder - karakterografier .

Oscilloskop CRT'er bruger elektrostatisk stråleafbøjning, fordi de undersøgte signaler kan have en vilkårlig form og et bredt frekvensspektrum , og brugen af elektromagnetisk afbøjning i oscilloskop CRT'er er ikke mulig på grund af frekvensafhængigheden af afbøjningsspolens impedans , hvilket begrænser afbøjningen hastighed.

Oscilloskop CRT'er bruger normalt elektrostatisk fokusering af elektronstrålen, men specialiserede oscilloskop CRT'er bruger nogle gange magnetisk fokusering af elektronstrålen for at opnå bedre fokusering af elektronstrålen på skærmen. (For flere detaljer, se artiklen elektronkanon ) .

CRT "lavfrekvent" område (op til 100 MHz)

Når man observerer signaler med en frekvensspektrumbredde på mindre end 100 MHz, kan tidspunktet for flyvning af elektroner gennem afbøjningssystemet negligeres. Tidspunktet for flyvning af elektroner estimeres ved formlen:

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

hvor og er henholdsvis elektronens ladning og masse;

e

m

l

er længden af pladerne langs elektronstrålen;

U_{a}

er anodespændingen.

Afbøjningen af strålen i skærmens plan er proportional med den spænding, der påføres pladerne (forudsat at spændingen på pladerne forbliver konstant under flyvningen af elektroner i feltet af afbøjningspladerne): $\Delta$ $U_{OT}$

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

hvor er afstanden fra midten af afvigelsen af pladerne til skærmen;

D

d

er afstanden mellem pladerne.

For at reducere parasitinduktansen af afbøjningspladernes ledninger bringes deres elektriske ledninger ofte ikke ud på bunden af røret, men i umiddelbar nærhed af pladerne.

I CRT'er, der bruges til at observere sjældent gentagne og enkelte signaler, anvendes fosfor med en lang efterglødetid.

CRT over 100 MHz

For hurtigt skiftende sinusformede bølgeformer begynder afbøjningsfølsomheden at falde, og når sinusformens periode nærmer sig flyvetidspunktet, falder afbøjningsfølsomheden til nul. Især når man observerer pulserede signaler med et bredt spektrum (frekvensen af højfrekvente spektralkomponenter er lig med eller overstiger det reciproke af flyvetidspunktet), fører denne effekt til en forvrængning af den observerede signalform på grund af forskellig følsomhed af afvigelsen til forskellige spektrale komponenter. Forøgelse af anodespændingen eller reduktion af pladernes længde kan reducere flyvetiden og reducere disse forvrængninger, men dette reducerer følsomheden over for afbøjning. Derfor, til oscillografi af signaler, hvis frekvensspektrum overstiger 100 MHz, er afbøjningssystemer lavet i form af en vandrende bølgelinje, normalt af en spiraltype. Signalet påføres begyndelsen langs forløbet af elektronstrålen i spiralen og i form af en elektromagnetisk bølge bevæger sig langs afbøjningssystemet med en fasehastighed : $v_{f}$

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

hvor er lysets hastighed, er helixens stigning, er længden af helixdrejningen. Som følge heraf kan effekten af flyvetiden elimineres, hvis elektronhastigheden vælges til at være lig med bølgens fasehastighed i systemaksens retning.

c

h_{c}

l_{c}

For at reducere signaleffekttab er konklusionerne af afbøjningssystemet for sådanne CRT'er gjort koaksiale . Koaksialbøsningernes geometri er valgt således, at deres bølgemodstand svarer til spiralafbøjningssystemets bølgemodstand.

Rør med post-acceleration

For at øge følsomheden over for afbøjning er det nødvendigt at have en lav elektronhastighed i strålen, dvs. en lav anodespænding, men dette fører til et fald i billedets lysstyrke på grund af et fald i elektronenergien og dårlig fokusering.

I oscillografiske CRT'er anvendes derfor et post-accelerationssystem. Det er et system af elektroder placeret mellem afbøjningssystemet og skærmen, i form af en ledende belægning aflejret på den indvendige overflade af CRT-glasbeholderen. Systemet af elektroder (anoder) kan bestå af en (mulighed a i figuren) eller flere anoder (mulighed b i figuren), hvor stigende spændinger forsynes fra en ekstern resistiv spændingsdeler . Elektroder efter acceleration bruges ofte, lavet i form af en spiralformet højmodstandsledende strimmel aflejret på cylinderens indre overflade nær skærmen. Ved brug af en spiralanode efter acceleration er der ikke behov for en ekstern resistiv divider (mulighed c i figuren).

Forstærkerrør

I bredbånds CRT'er, der opererer i området på flere gigahertz, bruges lysstyrkeforstærkere til at øge lysstyrken uden tab af følsomhed. Lysstyrkeforstærkeren er en mikrokanalplade placeret inde i CRT'en foran den fluorescerende skærm. Pladen er lavet af specielt halvlederglas med høj sekundær emissionsfaktor. Stråleelektroner, der falder ind i kanalerne (hvis diameter er meget mindre end deres længde), slår elektroner ud fra deres vægge, accelereret af det elektriske felt skabt af metalbelægningen på pladens ender, mellem hvilke en højspænding er påføres, og falder på mikrokanalens vægge, slår sekundære elektroner ud , som accelereres, slår igen nye sekundære elektroner ud, og der opstår en lavinemultiplikation af elektronstrømmen. Den samlede forstærkning af mikrokanalforstærkerens elektroniske strøm kan nå 10 5 ... 10 6 . På grund af akkumulering af ladninger på mikrokanalernes vægge er mikrokanalforstærkeren dog kun effektiv til nanosekundpulser, enkeltstående eller efterfølgende med en lav gentagelseshastighed.

Skala

For at måle parametrene for det signal, der gengives på CRT-skærmen, skal aflæsningen foretages på en skala med inddelinger. Når skalaen påføres den ydre overflade af CRT-skærmen, reduceres målenøjagtigheden på grund af visuel parallakse , forårsaget af det faktum, at skaleringsgitteret og billedet på fosforet er i forskellige planer. Derfor påføres skalaen i moderne CRT'er direkte på den indre overflade af skærmen, det vil sige, at den praktisk talt er justeret med signalbilledet på fosforet.

Specialiserede CRT'er til fotografisk kontaktoptagelse

For at forbedre kvaliteten af kontaktfotografering af signalet er skærmen lavet i form af en glasfiberskive. Denne løsning giver dig mulighed for at overføre billedet fra den indre overflade til den ydre og samtidig bevare dets klarhed. Sløringen af billedet er begrænset af diameteren af glasfiberfilamenterne, som normalt ikke overstiger 20 µm. I CRT'er beregnet til fotografisk optagelse anvendes fosfor , hvis emissionsspektrum er i overensstemmelse med det fotografiske materiales spektrale følsomhed.

Noter

↑ Enheder til visning af information om katodestrålerør

Litteratur

Vukolov N. I., Gerbin A. I., Kotovshchikov G. S. Modtagelse af katodestrålerør: en håndbog .. - M . : Radio og kommunikation, 1993. - 576 s. - ISBN 5-256-00694-0 .
Zhigarev A. A., Shamaeva G. T. Elektronstråle- og fotoelektroniske enheder: Lærebog for universiteter. - M . : Højere skole, 1982. - 463 s.
Oscillografisk katodestrålerør / G. I. Semenik, M. V. Tsekhonovich // Nikko — Otoliths. - M . : Soviet Encyclopedia, 1974. - ( Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / chefredaktør A. M. Prokhorov ; 1969-1978, bind 18).

elektronstråleapparater
Sendere	Dissektor Ikonoskop superikonoskop Orticon superorticon Vidicon Monoskop	Crookes rør
Foster	Oscilloskoprør Kinescope laser Eidofor Indikator katodestrålerør Skiltetryk CRT Kadroskop
huske	Williams rør Bistable Direct View Memory Tube Skiatron Potentialoskop graphecon Typotron
Elektronmikroskop	Raster Gennemsigtig Gennemsigtigt raster lav spænding
Andet	Trochotron Crookes rør Funktionelt katodestrålerør Polytron
Hoveddele	elektronkanon Varmeapparat Katode Fotokatode Modulator accelerationselektrode Fokuseringselektrode / spole afbøjningssystem Mål Maske blænde gitter skygge maske Aquadag Getter sokkel mikrokanalplade
Begreber	elektronstråle konvergens af stråler Fosfor indbrænding Scan