Oscilloskop katodstrålerör

Ett oscilloskop katodstrålerör är ett katodstrålerör (CRT) utformat för att visa elektriska signaler på en fluorescerande skärm. Bilden på skärmen tjänar inte bara för visuell utvärdering av signalformen, utan också för att mäta dess parametrar och i vissa fall för att fixera den på film.

Fysiska principer för drift och designfunktioner

Ett oscilloskop CRT är en evakuerad glaslampa som innehåller en elektronpistol , ett avlänkningssystem och en fluorescerande skärm. Elektronpistolen är utformad för att bilda en smal elektronstråle och fokusera den på skärmen. Elektroner emitteras av en indirekt uppvärmd katod med en värmare på grund av fenomenet termionisk emission . Intensiteten hos elektronstrålen och följaktligen ljusstyrkan hos punkten på skärmen regleras av en negativ spänning i förhållande till katoden på kontrollelektroden - en modulator gjord i form av en Wehnelt-cylinder . Den första anoden används för att föraccelerera elektronstrålen, den andra och tredje anoden används för efterföljande elektronacceleration och fokusering. Styrelektroden och anodsystemet bildar ett fokuseringssystem , detta accelererade elektronstrålebildningssystem brukar kallas en elektronkanon . Den sista av anoderna är elektriskt ansluten till ett ledande skikt avsatt på den inre koniska delen av CRT-glascylindern -aquadag . Aquadag är designad för att samla in sekundära elektroner som slagits ut från skärmen och elektrostatisk avskärmning av elektronstrålen från externa elektrostatiska fält.

Avlänkningssystemet består av två par ömsesidigt vinkelrätt orienterade plattor placerade horisontellt och vertikalt med avseende på elektronstrålen. Spänningen som testas appliceras på de horisontellt orienterade plattorna, som kallas vertikala avböjningsplattor , och för att öka känsligheten för avböjningen placeras detta plattpar närmare elektronkanonen. Till vertikala plattor, kallade horisontella avböjningsplattor , i en vanlig applikation appliceras en sågtandsspänning från en svepgenerator för att visa processer som en funktion av tiden . Under påverkan av det elektriska fältet mellan avböjningsplattorna avviker elektronstrålen från sin ursprungliga bana i proportion till den pålagda spänningen. Den lysande punkten på CRT-skärmen förskjuts längs två ömsesidigt vinkelräta koordinater och visar formen på signalen som studeras. Eftersom sågtandsspänningen på det framåtgående slaget varierar linjärt med tiden, rör sig även den lysande punkten på skärmen med konstant hastighet över skärmen, vanligtvis från vänster till höger för att underlätta observationen. Detta avvikelsesätt kallas tidssvep .

Om två olika sinusformade signaler appliceras på de vertikala och horisontella avböjningsplattorna, observeras Lissajous-siffror på skärmen , som används för att jämföra frekvenser.

Genom att ändra karaktären på avböjningsspänningarna kan olika funktionella beroenden observeras på CRT-skärmen, till exempel ström-spänningskarakteristiken för ett två-terminalt nätverk , om en signal som är proportionell mot den ändrade spänningen som appliceras på den appliceras på en ström. Denna metod används i speciella enheter - karaktärografier .

Oscilloskop-CRT använder elektrostatisk strålavböjning, eftersom signalerna som undersöks kan ha en godtycklig form och ett brett frekvensspektrum , och användningen av elektromagnetisk avböjning i oscilloskop-CRT är inte möjlig på grund av frekvensberoendet av avböjningsspolens impedans , vilket begränsar avböjningen fart.

Oscilloskop CRT använder vanligtvis elektrostatisk fokusering av elektronstrålen, men specialiserade oscilloskop CRT använder ibland magnetisk fokusering av elektronstrålen för att uppnå bättre fokusering av elektronstrålen på skärmen. (För mer information, se artikeln elektronpistol ) .

CRT "lågfrekvent" intervall (upp till 100 MHz)

När man observerar signaler med en frekvensspektrumbredd på mindre än 100 MHz, kan tiden för elektronernas flygning genom avlänkningssystemet försummas. Tiden för elektroners flygning uppskattas med formeln:

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

där och är elektronens laddning respektive massa;

e

m

l

är längden på plattorna längs elektronstrålen;

U_{a}

är anodspänningen.

Avböjningen av strålen i skärmens plan är proportionell mot spänningen som appliceras på plattorna (förutsatt att spänningen på plattorna förblir konstant under flykten av elektroner i fältet för de avböjande plattorna): $\Delta$ $U_{OT}$

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

var är avståndet från plattornas avvikelsecentrum till skärmen;

D

d

är avståndet mellan plattorna.

För att minska den parasitära induktansen hos ledningarna till avböjningsplattorna, tas deras elektriska ledningar ofta ut inte på basen av röret, utan i omedelbar närhet av plattorna.

I katodstrålerör som används för att observera sällan upprepade och enstaka signaler, används fosforer med lång efterglödningstid.

CRT över 100 MHz

För snabbt föränderliga sinusformade vågformer börjar avböjningskänsligheten att minska, och när sinusformens period närmar sig flygtiden sjunker avböjningskänsligheten till noll. Speciellt när man observerar pulsade signaler med ett brett spektrum (frekvensen av högfrekventa spektrala komponenter är lika med eller överstiger den reciproka tiden för flygningen), leder denna effekt till en förvrängning av den observerade signalformen på grund av olika känslighet av avvikelsen till olika spektrala komponenter. Ökning av anodspänningen eller minskning av plattornas längd kan minska flygtiden och minska dessa förvrängningar, men detta minskar känsligheten för avböjning. Därför, för oscillografi av signaler vars frekvensspektrum överstiger 100 MHz, tillverkas avböjningssystem i form av en vandringsvåglinje, vanligtvis av spiraltyp. Signalen appliceras till början längs spiralens elektronstråle och i form av en elektromagnetisk våg rör sig längs avlänkningssystemet med en fashastighet : $v_{f}$

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

var är ljusets hastighet, är helixens stigning, är längden på helixvarvet. Som ett resultat kan effekten av flygtiden elimineras om elektronhastigheten väljs att vara lika med vågens fashastighet i systemaxelns riktning.

c

h_{c}

l_{c}

För att minska signaleffektförlusterna görs slutsatserna av avböjningssystemet för sådana katodstrålerör koaxiala . Koaxialbussningarnas geometri väljs så att deras vågmotstånd motsvarar vågmotståndet hos spiralavböjningssystemet.

Rör med efteracceleration

För att öka känsligheten för avböjning är det nödvändigt att ha en låg elektronhastighet i strålen, dvs en låg anodspänning, men detta leder till en minskning av bildens ljusstyrka på grund av en minskning av elektronenergin och dålig fokusering.

Därför, i oscillografiska CRT:er, används ett efteraccelerationssystem. Det är ett system av elektroder placerade mellan avböjningssystemet och skärmen, i form av en ledande beläggning avsatt på insidan av CRT-glasbehållaren. Systemet med elektroder (anoder) kan bestå av en (alternativ a i figuren) eller flera anoder (alternativ b i figuren), ökande spänningar på vilka matas från en extern resistiv spänningsdelare . Elektroder efter acceleration används ofta, gjorda i form av en spiralformad högresistans ledande remsa avsatt på cylinderns insida nära skärmen. Vid användning av en spiralanod efter acceleration behövs ingen extern resistiv avdelare (alternativ c i figuren).

Förstärkarrör

I bredbands CRT:er som arbetar i intervallet flera gigahertz, används ljusstyrkaförstärkare för att öka ljusstyrkan utan att förlora känsligheten. Ljusstyrkeförstärkaren är en mikrokanalplatta placerad inuti CRT:n framför den fluorescerande skärmen. Plattan är gjord av speciellt halvledarglas med hög sekundär emissionsfaktor. Strålelektroner, som faller in i kanalerna (vars diameter är mycket mindre än deras längd), slår ut elektroner från deras väggar, accelererade av det elektriska fältet som skapas av metallbeläggningen på plattans ändar, mellan vilken en hög spänning är appliceras, och, faller på väggarna i mikrokanalen, slå ut sekundära elektroner , som accelereras , i sin tur slår ut nya sekundära elektroner, och en lavinförökning av elektronflödet inträffar. Den totala förstärkningen av den elektroniska strömmen i mikrokanalförstärkaren kan nå 10 5 ... 10 6 . På grund av ackumuleringen av laddningar på mikrokanalernas väggar är mikrokanalförstärkaren endast effektiv för nanosekundpulser, enstaka eller efterföljande med låg repetitionsfrekvens.

Skala

För att mäta parametrarna för signalen som återges på CRT-skärmen måste avläsningen göras på en skala med divisioner. När skalan appliceras på den yttre ytan av CRT-skärmen reduceras mätnoggrannheten på grund av visuell parallax , orsakad av det faktum att skalrutnätet och bilden på fosforn är i olika plan. Därför, i moderna CRT:er, appliceras skalan direkt på skärmens inre yta, det vill säga den är praktiskt taget i linje med signalbilden på fosforn.

Specialiserade CRT:er för kontaktfotografisk inspelning

För att förbättra kvaliteten på kontaktfotografering av signalen är skärmen gjord i form av en glasfiberskiva. Denna lösning låter dig överföra bilden från den inre ytan till den yttre samtidigt som den behåller sin klarhet. Bildens suddighet begränsas av glasfiberfilamentens diameter, som vanligtvis inte överstiger 20 µm. I katodstrålerör avsedda för fotografisk inspelning används fosfor , vars emissionsspektrum överensstämmer med det fotografiska materialets spektrala känslighet.

Anteckningar

↑ Enheter för att visa information om katodstrålerör

Litteratur

Vukolov N. I., Gerbin A. I., Kotovshchikov G. S. Mottagande katodstrålerör: en handbok .. - M . : Radio och kommunikation, 1993. - 576 sid. - ISBN 5-256-00694-0 .
Zhigarev A. A., Shamaeva G. T. Elektronstråle- och fotoelektroniska enheter: Lärobok för universitet. - M . : Högre skola, 1982. - 463 sid.
Oscillografisk katodstrålerör / G. I. Semenik, M. V. Tsekhonovich // Nikko — Otoliter. - M . : Soviet Encyclopedia, 1974. - ( Great Soviet Encyclopedia : [i 30 volymer] / chefredaktör A. M. Prokhorov ; 1969-1978, vol. 18).

elektronstråleanordningar
Sändare	Dissektor Ikonoskop superikonoskop Orticon superorticon Vidicon Monoskop	Crookes rör
Främja	Oscilloskoprör Kinescope laser Eidofor Indikator katodstrålerör CRT med skyltutskrift Kadroskop
komma ihåg	Williams rör Bistabilt Direct View-minnesrör Skiatron Potentialoskop graphecon Typotron
Elektron mikroskop	Raster Genomskinlig Genomskinligt raster låg spänning
Övrig	Trochotron Crookes rör Funktionellt katodstrålerör Polytron
Huvuddelar	elektronpistol Värmare Katod Fotokatod Modulator accelerationselektrod Fokuseringselektrod / spole avböjningssystem Mål Mask öppningsgaller skuggmask Aquadag Getter plint mikrokanalplatta
Begrepp	elektronstråle konvergens av strålar Fosforbränning Skanna