Kathodestraalosilloskoop | CRO
Wat is 'n Kathodestraaloskilloskoop?
'n Kathodestraaloskilloskoop (CRO) is 'n toestel wat algemeen in 'n laboratorium gebruik word om verskeie golfvorme van elektriese sirkels te wys, meet en analiseer. 'n Kathodestraaloskilloskoop is 'n baie vinnige X-Y plotter wat 'n insetteken teen tyd of 'n ander teken kan wys.
Kathodestraaloskilloskoops gebruik lummende plekke wat deur die straal van elektrone geproduseer word, en hierdie lummende plek beweeg as gevolg van variasies in die insethoeveelheid. Op hierdie oomblik moet een vraag in ons gedagtes opkom waarom ons net 'n elektronstraal gebruik? Die rede daarvoor is die lae effekte van die straal van elektrone wat gebruik kan word om die veranderinge in die onmiddellike waardes van 'n vinnig veranderende insethoeveelheid te volg. Die algemene vorme van kathodestraaloskilloskoops werk op spannings.
So die insethoeveelheid waaroor ons bo hier gesprok het, is spanning. Tans is dit moontlik, met die hulp van transducers, om verskeie fisiese hoeveelhede soos stroom, druk, versnelling ens. na spanning om te skakel, sodat dit ons in staat stel om visuele voorstellings van hierdie verskeie hoeveelhede op 'n kathodestraaloskilloskoop te hê. Kom ons kyk nou na die konstruksiedetails van die kathodestraaloskilloskoop.
Konstruksie van Kathodestraaloskilloskoop
Die hoofdeel van die kathodestraaloskilloskoop is die kathodestraalbuis, wat ook bekend staan as die hart van die kathodestraaloskilloskoop.
Kom ons bespreek die konstruksie van die kathodestraalbuis om die konstruksie van die kathodestraaloskilloskoop te verstaan. Basies bestaan die kathodestraalbuis uit vyf hoofdele:
Elektronpistol
Aflewplaatstelsel
Fluoreskerend skerm
Glasomhulsel
Basis
Jy sal al hierdie 5 komponente nodig hê om jou eie DIY oskilloskoop te bou. Ons gaan nou hierdie 5 komponente in detail bespreek:
Elektronpistol:
Dit is die bron van die versnelde, energieëerde en gefokusseerde straal van elektrone. Dit bestaan uit ses dele, naamlik verwarmer, 'n kathode, 'n rooster, 'n voorversnelling anode, 'n fokusserende anode en 'n versnellende anode. Om hoë emissie van elektrone te verkry, word die laag bariumoxide (wat op die einde van die kathode aangebring word) indirek by matige temperatuur verhit. Die elektrone gaan dan deur 'n klein gat genaamd kontrole-rooster, wat van nikkel gemaak is. Soos die naam dui, beheer die kontrole-rooster met sy negatiewe bias, die aantal elektrone of indirek kan ons sê die intensiteit van die uitgestraalde elektrone vanaf die kathode. Na die doorgang deur die kontrole-rooster word hierdie elektrone met behulp van die voorversnelling en versnellende anodes versnel. Die voorversnelling en versnellende anodes is aan 'n gemeenskaplike positiewe potensiaal van 1500 volt verbonden.
Nou is die funksie van die fokusserende anode om die straal van die elektrone wat geproduseer is, te fokus. Die fokusserende anode is aan 'n verstelbare spanning van 500 volt verbonden. Daar is twee metodes om die elektronstraal te fokus, en hulle is hieronder geskryf:
Elektrostatische fokussing.
Elektromagnetiese fokussing.
Hier gaan ons die elektrostatische fokussingmetode in detail bespreek.
Elektrostatische Fokussing
Ons weet dat die krag op 'n elektron gegee word deur – qE, waar q die laai op die elektron is (q = 1.6 × 10-19 C), E is die elektriese veld intensiteit en die negatiewe teken wys dat die rigting van die krag teenoor die rigting van die elektriese veld is. Nou gaan ons hierdie krag gebruik om die straal van elektrone wat uit die elektronpistol kom, te deflekteer. Kom ons oorweeg twee gevalle:
Geval Een
In hierdie geval het ons twee plaatjies A en B soos in die figuur getoon.
Die plaatjie A is by potensiaal +E terwyl die plaatjie B by potensiaal –E is. Die rigting van die elektriese veld is van plaatjie A na plaatjie B reguit tot die oppervlaktes van die plaatjies. Die equipotensiale oppervlakke is ook in die diagram getoon, wat loodreg tot die rigting van die elektriese veld is. As die straal van elektrone deur hierdie plaatstelsel gaan, deflekteer dit in die teenoorgestelde rigting van die elektriese veld. Die deflekteerhoek kan maklik verander word deur die potensiaal van die plaatjies te verander.
Geval Twee
Hier het ons twee koncentriese silinders met 'n potensiaalverskil toegepas tussen hulle soos in die figuur getoon.
Die resultante rigting van die elektriese veld en die equipotensiale oppervlakke is ook in die figuur getoon. Die equipotensiale oppervlakke is gemerk deur gestippelde lyne wat gekrom is. Nou is ons geïnteresseerd om die deflekteerhoek van die elektronstraal te bereken wanneer dit deur hierdie gekromde equipotensiale oppervlak gaan. Kom ons oorweeg die gekromde equipotensiale oppervlak S soos hieronder getoon. Die potensiaal aan die regterkant van die oppervlak is +E terwyl die potensiaal aan die linkerkant van die oppervlak –E is. Wanneer 'n straal van elektrone teen hoek A tot die normaal inval, dan deflekteer dit deur hoek B nadat dit deur die oppervlak S gegaan het soos in die figuur hieronder getoon. Die normale komponent van die snelheid van die straal sal toenem as die krag in die rigting van die oppervlak werk. Dit beteken dat die tangensiale velocities dieselfde bly, dus deur die tangensiale komponente te vergelyk, het ons V1sin (A) = V2sin(B), waar V1 die aanvanklike snelheid van die elektrone is, V2 is die snelheid na die oppervlak. Nou het ons die verhouding as sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Ons kan uit die bo-verequatie sien dat daar buiging van die elektronstraal na die oppervlak is. Dus word hierdie stelsel ook fokussingstelsel genoem.
Elektrostatische Defleksie
Om die uitdrukking vir die defleksie te vind, kom ons oorweeg 'n stelsel soos hieronder getoon:
In die bo-vertoning het ons twee plaatjies A en B wat by potensiaal +E en 0 onderskeidelik is. Hierdie plaatjies word ook aflewplaatjies genoem. Die veld wat deur hierdie plaatjies geproduseer word, is in die rigting van die positiewe y-as en daar is geen krag langs die x-as nie. Na die aflewplaatjies het ons 'n skerm waarmee ons die netto defleksie van die elektronstraal kan meet. Kom ons oorweeg 'n straal van elektrone wat langs die x-as kom soos in die figuur getoon. Die straal deflekteer deur hoek A, as gevolg van die teenwoordigheid van die elektriese veld en die defleksie is in die positiewe rigting van die y-as soos in die figuur getoon. Kom ons lei nou 'n uitdrukking af vir die defleksie van hierdie straal. Deur die behoud van energie, het ons verlies in potensiaalenergie wanneer die elektron van die kathode na die versnellende anode beweeg, moet gelyk wees aan die wenste kinetiese energie van die elektron. Wiskundig kan ons skryf,
Waar, e die laai op die elektron is,
E is die potensiaalverskil tussen die twee plaatjies,
m is die massa van die elektron,
en v is die snelheid van die elektron.
Dus, eE is verlies in potensiaalenergie en 1/2mv1/2 is die wenste kinetiese energie.
Uit vergelyking (1) het ons snelheid v = (2eE/m)1/2.
Nou het ons elektriese veld intensiteit langs die y-as is E/d, daarom is die krag wat langs die y-as werk, gegee deur F = eE/d waar d die skeiding tussen die twee aflewplaatjies is.
As gevolg hiervan sal die elektron langs die y-as deflekteer en laat die defleksie langs die y-as gelyk wees aan D wat op die skerm gemerk is soos in die figuur getoon. As gevolg van die krag F is daar 'n netto opwaartse versnelling van die elektron langs die positiewe y-as en hierdie versnelling is gegee deur Ee/(d × m). Omdat die aanvanklike snelheid langs die positiewe y-rigting nul is, kan ons deur die vergelyking van beweging die uitdrukking van die skuif langs die y-as skryf as,
Aangesien die snelheid langs die x-rigting konstant is, kan ons die skuif skryf as,
Waar, u is die snelheid van die elektron langs die x-as.
Uit vergelykings 2 en 3 het ons,
Watter die vergelyking van die traject van die elektron is. Nou op differensiasie van die vergelyking 4 het ons die helling, nl.
Waar, l is die lengte van die plaat.
Defleksie op die skerm kan bereken word as,
Afstand L is in die bo-figuur getoon. Die finale uitdrukking van D kan geskryf word as,
