Электронно-лучевая трубка

Работа №14.

Изучение электронного осциллографа

Цель работы: ознакомление с устройством и работой электронно­го осциллографа.

Введение.

Электронный осциллограф – прибор, используемый для исследова­ния процессов, протекающих в электрических цепях.

Основными элементами осциллографа являются: электронно-лучевая трубка; генератор развертки; усилители отклоняющих пластин; блок питания.

Электронно-лучевая трубка

Электростатическая трубка представляет co6oй стеклянную колбу, откаченную до высокого вакуума (рис. 14.1). Внутри нее расположены электронная пушка I, две пары отклоняющих пластин 2 и флуоресцирующий экран 3.

Электронная пушка предназначена для создания сфокусированного электронного пучка и состоит из следующих элементов:

а) катода косвенного накала, испускающего при нагревании электроны;

б) управ­ляющего электрода, имеющего отрицательный потенциал относительно катода; изменяя потенциал управляющего электрода, можно регулиро­вать количество вылетающих из электронной пушки электронов, т.е. яркость пятна на экране трубки;

в) первого фокусирующего и второ­го ускоряющего анодов. Потенциал первого анода в несколько раз меньше потенциала второго анода. Аноды имеют форму цилиндров с пе­регородками, в центре которых сделаны отверстия. Перегородки слу­жат для улавливания электронов, не удовлетворяющих условиям фокусировки.

Рис. 14.1. Устройство электронно-лучевой трубки.

Рассмотрим фокусирующее действие электрических полей на примере поля между первым и вторым анодами. Характер его показан эквипотенциальными кривыми на рис. 14.2.

Поле сосредоточено, в основн­ом, между цилиндрами. Предположим; что электрон влетает в поле слева направо под углом к оси цилиндров. Пока он пролетает зазор между цилиндрами, поле сообщает ему ускорение вдоль оси (тангенциальные составляющие силы F_τ, показанные на рис. 14.2, имеют все время одно направление) и в то же время отклоняет его сначала вниз, а потом вверх. Следовательно, в полях, обращенных выпуклостями поверхностей к катоду, электроны при своем движении будут собираться к горизонтальной оси (действие таких полей похожа на действие собирающих линз). В полях, выпуклость эквипотенциальных поверхностей которых имеет противоположное направление, электроны будут расходиться от горизонтальной оси (действие таких полей похоже на действие рассеивающих линз).

Рис. 14.2. Принцип фокусировки Рис. 14.3. Движение электрона между

электронного пучка отклоняющими пластинами.

Отклоняющие пластины. На пути к экрану электронный пучок проходит между двумя парами отклоняющих пластин. Напряжения, приложенные к пластинам, создают между ними электрические поля, которые отклоняют электронный луч и перемещают светящееся пятно по экрану. Горизонтально расположенные пластины отклоняют луч по вертикали (вдоль оси Y), вертикально расположенные – по горизонтали (вдоль оси X).

Установим связь между напряжением на пластинах A и B и величиной смещения пятна на экране (рис. 14.3).

Электрон влетает в однородное электрическое поле со скоростью . Вдоль оси Z не действуют никакие силы, поэтому в этом направлении он движется равномерно: .

Вдоль оси Y на электрон действует постоянная сила , где – напряженность поля между пластинами. Следовательно, движение электрона вдоль оси Y является равноускоренным, и для него справедливы уравнения: ; . Ускорение a найдем из второго закона Ньютона:

Тогда .

Учитывая, что , получим .

Из последней формулы следует, что траектория электрона между пластинами представляет собой параболу. При выходе из пространства между пластинами электрон отклонится от своего первоначального направления движения на угол α и сместится по оси Y на величину :

,

где l – область, в которой действует электрическое поле.

Теперь найдем смещение светящегося пятна на экране

, так как l << L

Итак, смещение луча на экране пропорционально напряжению на отклоняющихся пластинах.

Отклонение пятна на экране (в миллиметрах), вызванное напряжением в 1 В на отклоняющихся пластинах, называется чувствительностью трубки j:

или .

Если – потенциал второго анода относительно катода, то

, откуда .

Тогда чувствительность зависит от расстояния между пластинами и экраном и от потенциала на втором аноде.

Зная чувствительность трубки в данном режиме работы осциллографа, можно рассчитать амплитудное значение напряжение сигнала, изображённого на экране осциллографа:

, (1)

где – амплитуда осциллограммы сигнала на экране, выраженная в делениях (дел.);

j – чувствительность конкретного диапазона осциллографа, выраженная в В/дел