Oscilloscope sa Cathode Ray | CRO

Ano ang Cathode Ray Oscilloscope?

Ang Cathode Ray Oscilloscope (CRO) usa ka instrumento nga kasagaran gigamit sa laboratoryo aron ipakita, sukuha, ug analisar ang uban-uban nga mga waveform gikan sa electrical circuits. Ang cathode ray oscilloscope usa ka maayo nga X-Y plotter nga makapakita og input signal labi na kon sa oras o sa uban pang signal.

Gigamit sa cathode ray oscilloscopes ang luminescent nga spots nga giprodukto sa paghit sa beam sa electrons ug kini nga luminescent spot mogalop kon mag-usab ang input quantity. Karon, mahimong mag-ask ang atong utok asa tungod nato nga gamiton ang electron beam lamang? Ang rason niini mao ang baba nga epekto sa beam sa electrons nga mahimo gamiton sa pagsumugda sa mga pagbag-o sa instantaneous values sa masiguro nga nagbag-o ang input quantity. Ang general forms sa cathode ray oscilloscope molihok sa voltages.

Kon ang input quantity nga gi-discuss nato adunay voltage. Karon, pinaagi sa pagtabang sa transducers, mahimo mapagbalhin ang uban-uban nga mga pisikal nga quantities sama sa current, pressure, acceleration, etc. ngadto sa voltage, kini nag-enable kanato nga makahimo og visual representations sa kini nga uban-uban nga quantities sa cathode ray oscilloscope. Karon, tan-awon nato ang constructional details sa cathode ray oscilloscope.

Konstruksyon sa Cathode Ray Oscilloscope

Ang main part sa cathode ray oscilloscope mao ang cathode ray tube nga kasagaran gitawag usab isip ang heart sa cathode ray oscilloscope.

Hinumdomi nato ang konstruksyon sa cathode ray tube aron maintindihan ang konstruksyon sa cathode ray oscilloscope. Basically, ang cathode ray tube adunay lima ka main parts:

1. Electron gun

2. Deflection plate system

3. Fluorescent screen

4. Glass envelope

5. Base

Kailangan nimo ang tanang 5 ka components niini aron makabulag mo imong sarili nga DIY oscilloscope. Hinganlan nato kini nga 5 ka components sa detalye:

Electron Gun:
Mao kini ang source sa accelerated, energized, ug focused beam sa electrons. Adunay siyay anim ka bahin sama sa heater, a cathode, a grid, a pre-accelerating anode, a focusing anode, ug an accelerating anode. Aron makakuha og high emission sa electrons, ang layer sa barium oxide (nga gideposit sa end sa cathode) gi-indirectly heated sa moderate temperature. Ang electrons human ani mopasa sa small hole nga gitawag isip control grid nga gihimo sa nickel. As the name suggests, ang control grid, pinaagi sa iyang negative bias, controls ang number sa electrons o indirectly we can say the intensity of emitted electrons from cathode. Human mopasa sa control grid, ang electrons gi-accelerate pinaagi sa pre-accelerating ug accelerating anodes. Ang pre-accelerating ug accelerating anodes giconnect sa common positive potential of 1500 volts.

Human niini, ang function sa focusing anode mao ang focus sa beam sa electrons nga giprodukto. Ang focusing anode giconnect sa adjustable voltage 500 volts. Karon, adunay duha ka methods sa pag-focus sa electron beam ug sila mao ang sumala:

1. Electrostatic focusing.

2. Electromagnetic focusing.

Hinungdan nato ang electrostatic focusing method sa detalye.

Electrostatic Focusing
Alam nato nga ang force sa electron gibuto pinaagi sa – qE, diin q ang charge sa electron (q = 1.6 × 10-19 C), E ang electric field intensity ug ang negative sign nagpakita nga ang direction sa force adunay opposite direction sa electric field. Konon nato ang force niini aron defect ang beam sa electrons nga gicome out sa electron gun. Hinumdomi nato ang duha ka cases:

Case One
Sa kaso niini, adunay kita duha ka plates A ug B sama sa figure.

Ang plate A adunay potential +E habis ang plate B adunay potential –E. Ang direction sa electric field mao ang gikan sa A plate hangtod sa plate B sa right angle sa surfaces sa plate. Ang equipotential surfaces usab gitampok sa diagram nga perpendicular sa direction sa electric field. Kon ang beam sa electron mopasa sa plate system, it deflected sa opposite direction sa electric field. Ang deflection angle mahimo mosayran sa pagbag-o sa potential sa plates.

Case Second
Hinisgutan nato duha ka concentric cylinders nga adunay potential difference applied tali sa ila sama sa figure.

Ang resultant direction sa electric field ug ang equipotential surfaces usab gitampok sa figure. Ang equipotential surfaces markado pinaagi sa dotted lines nga curved in shape. Karon, interesado mi sa pag-calculate sa deflection angle sa electron beam kon mopasa kini sa curved equipotential surface. Hinumdomi nato ang curved equipotential surface S sama sa below. Ang potential sa right side sa surface mao ang +E habis ang potential sa left side sa surface –E. Kon ang beam sa electron incident sa angle A sa normal, it deflected sa angle B human mopasa sa surface S sama sa figure given below. Ang normal component sa velocity sa beam mog-increase tungod kay ang force nag-act sa s direction normal sa surface. Ipanibabo kini nga ang tangential velocities mag-remain same, so by equating the tangential components we have V1sin (A) = V2sin(B), diin V1 ang initial velocity sa electrons, V2 ang velocity human mopasa sa surface. Karon, adunay relation as sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Makita nato gikan sa equation nga adunay bending sa electron beam human mopasa sa equipotential surface. Tungod niini, ang sistema mao usab ang gitawag isip focusing system.

Electrostatic Deflection
Aron makasayran ang expression para sa deflection, hinumdomi nato ang sistema sama sa below:


Sa above system, adunay kita duha ka plates A ug B nga adunay potential +E ug 0 respectively. Kining plates usab gitawag isip deflection plates. Ang field giproduce niini mao ang direction sa positive y axis ug wala'y force along the x-axis. Human sa deflection plates, adunay kita screen diin makasu-on ta ang net deflection sa electron beam. Karon, hinumdomi nato ang beam sa electron nga gicome along the x-axis sama sa figure. Ang beam deflected sa angle A, tungod sa presence sa electric field, ug ang deflection mao ang positive direction sa y axis sama sa figure. Karon, hinaylo nato ang expression para sa deflection sa beam. Pinaagi sa conservation of energy, adunay loss sa potential energy kon ang electron mobiya gikan sa cathode hangtod sa accelerating anode sama sa gain sa kinetic energy sa electron. Mathematically, mahimo nato isulat,

Diin, e ang charge sa electron,
E ang potential difference tali sa duha ka plates,
m ang mass sa electron,
ug v ang velocity sa electron.
Tungod kay, eE mao ang loss sa potential energy ug 1/2mv1/2 mao ang gain sa kinetic energy.
Gikan sa equation (1) adunay velocity v = (2eE/m)1/2.
Karon, adunay kita electric field intensity along the y axis mao ang E/d, tungod kay ang force acting along the y axis mao ang F = eE/d diin d ang separation tali sa duha ka deflection plates.
Tungod sa force niini, ang electron will deflect along the y axis ug let the deflection along y axis be equal to D which is marked on the screen as shown in the figure. Tungod sa force F, adunay net upward acceleration sa electron along positive y axis ug this acceleration mao ang Ee/(d × m). Since the initial velocity along positive y direction is zero therefore by equation of motion we can write the expression of displacement along y axis as,

Tungod kay ang velocity along the x direction mao ang constant, therefore we can write displacement as,

Diin, u ang velocity sa electron along x axis.
Gikan sa equations 2 ug 3, adunay kita,

Which is the equation of trajectory of the electron. Karon, sa pag-differentiate sa equation 4, adunay slope i.e.

Diin, l ang length sa plate.
Deflection on the screen can be calculated as,

Distance L is shown in the above figure. Final expression of D can be written as,

From the expression of deflection, we calculate deflection sensitivity as,

Graticule: These are the grid of lines whose function is to serve as a scale when the cathode ray oscilloscope is used for the amplitude measurements. There are three types of graticules and they are written below:

1. Internal Graticule:
   Internal graticule as name suggests deposited on the internal surface of the cathode ray tube face plate. There is no problem of parallax errors but we cannot change internal graticules as they are fixed.

2. External graticule: