Katoodkiirguse oskilloskoop | CRO

Mis on katoodikirjakõrv?

Katoodikirjakõrv (CRO) on instrument, mida tavaliselt kasutatakse laboris erinevate lainekujude kuvamiseks, mõõtmiseks ja analüüsimiseks elektriliikumikutes. Katoodikirjakõrv on väga kiire X-Y joonistaja, mis saab kuvada sissejuhatava signaali ajas või teise signaali suhtes.

Katoodikirjakõrvad kasutavad heledaid punkte, mille toodab elektronide kiiruse tabamisel ja see heledas punkt liigub vastavalt sissejuhatava koguse muutustele. Seejärel tekib meie meeles kindlasti küsimus, miks kasutame vaid elektronide kiirust? Sellega seotud põhjus on madalate mõjudega elektronide kiiruse, mida saab kasutada järgmise hetke väärtuste muutuste jälgimiseks. Üldised katoodikirjakõrve toimivad pingetel.

Nii et sissejuhatav kogus, millest me ülal räägime, on pingete. Praegu on abil transduktorite võimalik teisendada mitmeid füüsika suurusi, nagu vool, rõhk, kiirendus jne pingeteks, nii et see võimaldab meil näha need erinevad suurused visuaalselt katoodikirjakõrv. Nüüd vaatame katoodikirjakõrve konstruktsiooni üksikasjalikult.

Katoodikirjakõrve konstruktsioon

Katoodikirjakõrve peamine osa on katoodikirjakõrve tüüp, mida tavaliselt nimetatakse katoodikirjakõrve südameks.

Vaatame katoodikirjakõrve tüübi konstruktsiooni, et mõista katoodikirjakõrve konstruktsiooni. Tegelikult koosneb katoodikirjakõrve tüüp viiest peamisest osast:

1. Elektronipüstol

2. Pöördleva plaatide süsteem

3. Heledas ekraan

4. Klaasikese

5. Alus

Sul on vaja kõiki neid komponente, et ehitada oma enda DIY katoodikirjakõrv. Nüüd arutame neid 5 komponenti üksikasjalikult:

Elektronipüstol:
See on energiseeritud, energiseeritud ja fookustatud elektronide kiiruse allikas. See koosneb kuuest osast, nimelt soojitajast, katoodist, võrgust, eelenerduskanoost, fookustuskanoost ja energiaandejakanoost. Kõrge elektronide väljundamise saamiseks katoodi lõpu peale depositeeritakse bariumoksiidi kiht, mida soojitatakse kaudselt keskmise temperatuuriga. Seejärel läbib elektronid väikest kontrollvõrku, mis on valmistatud nikelist. Nime järgi kontrollib kontrollvõrk negatiivse polaariga elektronide arvu või muidugi väljaandet elektronid katoodist. Pärast kontrollvõrgu läbimist akceleereeritakse need elektronid eelenerduskano ja energiaandejakanoga. Eelenerduskano ja energiaandejakano on ühendatud ühise positiivse potentsiaaliga 1500 voltiga.

Nüüd pärast seda on fookustuskano funktsioon fookustada nii loodud elektronide kiirus. Fookustuskano on ühendatud reguleeritava voltagaga 500 voltiga. Nüüd on olemas kaks meetodit elektronide kiiruse fookustamiseks, mida kirjeldatakse allolevates:

1. Elektrostaatiline fookustamine.

2. Elektromagnetiline fookustamine.

Siin arutame elektrostaatilist fookustamismeetodit üksikasjalikult.

Elektrostaatiline fookustamine
Me teame, et elektroni jõud antakse – qE, kus q on elektroni laeng (q = 1.6 × 10-19 C), E on elektrivälja intensiivsus ja miinusmärk näitab, et jõudu suund on vastandlik elektriväljaga. Nüüd kasutame seda jõudu elektronide kiiruse defektimiseks, mis tuleb elektronipüstolist. Vaatame kahte juhtumit:

Juhtum Üks
Selles juhtumis meil on kaks plaati A ja B, nagu näha joonisel.

Plaat A on potentsiaalil +E, samas kui plaat B on potentsiaalil –E. Elektriväli suund on plaat A-st plaat B-ni õigesse nurga suhtes plaatide pinnadele. Joonisel on näidatud ka võrdpotentsiaalsed pinnad, mis on risti elektriväljaga. Kui elektronide kiirus läbib seda plaatisüsteemi, siis see defekteeritakse vastandliku elektriväljaga. Defektimise nurgat saab muuta muutes plaatide potentsiaale.

Juhtum Teine
Siin meil on kaks keskkonnakesklist silindrit, kellel on rakendatud potentsiaalvahe nende vahel, nagu näha joonisel.

Tulemuslik elektriväli suund ja võrdpotentsiaalsed pinnad on näidatud joonisel. Võrdpotentsiaalsed pinnad on tähistatud kergesti nähtavate joontega, mis on kõverdatud kujul. Nüüd me huvitusime elektronide kiiruse defektimisnurgast, kui see läbib seda kõverdatud võrdpotentsiaalsust. Vaatame kõverdatud võrdpotentsiaalsust S, nagu näha allpool. Potentsiaal paremal pool pinda on +E, samas kui potentsiaal vasakul pool pinda on –E. Kui elektronide kiirus läheb normaalini nurgaga A, siis see defekteeritakse nurgaga B, kui see läbib pinda S, nagu näha allpool. Kiiruse normaalne komponent suureneb, kuna jõud tegutseb normaalina pinna suhtes. See tähendab, et tangentsed kiirused jäävad samaks, nii et võrdlust tangentsed komponendid saame V1sin (A) = V2sin(B), kus V1 on elektronide algne kiirus, V2 on kiirus pärast pinda. Nüüd meil on seos sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Ülaltoodud võrrandist näeme, et elektronide kiirus paindub pärast võrdpotentsiaalsuse läbimist. Seega seda süsteemi nimetatakse fookustussüsteemiks.

Elektrostaatiline defektimine
Defektimise väljendamiseks vaatame järgmist süsteemi:


Ülalolevas süsteemis meil on kaks plaati A ja B, mis on potentsiaalidel +E ja 0 vastavalt. Need plaadid on tavaliselt nimetatud defektimisplaadiks. Plaadidest tekkinud väli on positiivse y telje suunas ja x teljes ei ole jõudu. Defektimisplaadide pärast meil on ekraan, kus saame mõõta elektronide kiiruse netto defektimist. Nüüd vaatame elektronide kiirust, mis tuleb x teljest, nagu näha joonisel. Kiirus defekteeritakse nurgaga A, kuna on olemas elektriväli ja defektimine on positiivse y telje suunas, nagu näha joonisel. Nüüd tuletame väljendi selle kiiruse defektimiseks. Energia säilitamise alusel on elektroni liikumisel katoodist energiaandejakano kuni saadud potentsiaalenergia kaotus võrdne elektroni kinetilise energia kasvuga. Matemaatiliselt saame kirjutada,

Kus, e on elektroni laeng,
E on potentsiaalvahe kahel plaadil,
m on elektroni mass,
ja v on elektroni kiirus.
Nii, eE on potentsiaalenergia kaotus ja 1/2mv1/2 on kinetilise energia kasv.
Võrrandist (1) saame kiiruse v = (2eE/m)1/2.
Nüüd meil on elektriväli intensiivsus y telje suunas on E/d, seega jõud, mis tegutseb y telje suunas, on antud valemiga F = eE/d, kus d on kahe defektimisplaadi vaheline kaugus.
Selle jõu tõttu elektron defekteeritakse y telje suunas ja defektimine y telje suunas on D, mis on märgitud ekraanil, nagu näha joonisel. Selle jõu tõttu elektronil on netto kiirendus positiivse y telje suunas ja see kiirendus on antud valemiga Ee/(d × m). Kuna algne kiirus positiivse y telje suunas on null, siis liikumise võrrandile järgi saame väljenduda defektimise y telje suunas kui,

Kuna x telje suunas kiirus on konstantne, siis saame kirjutada dislokatsiooni kui,

Kus, u on elektroni kiirus x telje suunas.
Võrranditest 2 ja 3 saame,

Mis on elektroni trajektoori võrrand. Nüüd diferentseerides võrrandi 4 saame palju, st.

Kus, l on plaadi pikkus.
Ekraanil defektimist saab arvutada kui,

Kaugus L on näidatud ülaloleval joonisel. Defektimise D lõplik väljend saab kirjutada kui,