Kathodirayaoskilloskooppi | CRO

Mikä on katodisäteilevy

Katodisäteilevy (CRO) on laite, jota yleensä käytetään laboratoriossa näyttämään, mitatessa ja analysoimassa erilaisia sähköverkkojen sähköpiireissä esiintyviä aaltoja. Katodisäteilevy toimii hyvin nopeana X-Y-piirtimänä, joka voi näyttää syötteen signaalin ajan tai toisen signaalin suhteen.

Katodisäteilevyt käyttävät valoisia pisteitä, jotka luodaan sähkönsäteen osuuden avulla, ja tämä valoisa piste liikkuu vastauksena syötearvon vaihteluun. Tällä hetkellä meidän pitäisi kysyä itseltämme, miksi käytämme vain sähkönsäteitä? Syynä tähän on sähkönsäteen pieni vaikutus, jota voidaan käyttää seuraamaan muuttuvien syötearvojen välittömiä arvoja. Yleiset katodisäteilevyt toimivat jännitteillä.

Joten edellä mainitsemaamme syötearvo on jännite. Nykyään muuntimien avulla on mahdollista muuntaa erilaisia fysikaalisia määriä, kuten virta, paine, kiihtyvyys jne. jännitteeksi, mikä mahdollistaa näiden erilaisten määrien visuaalisen esityksen katodisäteilevyltä. Nyt tutustutaan katodisäteilevyn rakennusrakenteisiin.

Katodisäteilevyn rakennus

Katodisäteilevyn pääosa on katodisäteilevy, jota myös kutsutaan katodisäteilevyn sydämeksi.

Tutkitaan katodisäteilevyn rakennusta ymmärtääksemme katodisäteilevyn rakennus. Perustavanlaatuisesti katodisäteilevy koostuu viidestä pääosasta:

1. Sähkönsäteilijä

2. Poikkeamislevyjärjestelmä

3. Fluoresoiva näyttö

4. Lasikotelo

5. Pohja

Tarvitset kaikki nämä viisi komponenttia rakentaaksesi oman DIY-katodisäteilevysi. Keskustelemme nyt näistä viidestä komponentista yksityiskohtaisesti:

Sähkönsäteilijä:
Se on nopeutettujen, energisoitujen ja keskitettyjen sähköhiukkasten lähde. Se koostuu kuudesta osasta: lämpimistä, katodista, verkkosta, esinopeutusanoodelta, keskittyvästä anoodesta ja nopeutusanoodelta. Jotta saadaan korkea sähköhiukkassien päästö, baarioksidi (joka on levitetty katodin päähän) lämmittyy epäsuorasti kohtuulliseen lämpötilaan. Sähköhiukkaset kulkevat sen jälkeen pikku reikässä nimeltä ohjausverkko, joka on tehty nikkelistä. Kuten nimi antaa ymmärtää, ohjausverkko ohjaa negatiivisen poikkeaman avulla sähköhiukkasten määrää tai epäsuorasti sähköhiukkasten intensiteettiä, jotka pääsee katodista. Ohjausverkon kautta kulkevan sähköhiukkassien nopeuttamiseksi käytetään esinopeutus- ja nopeutusanodeja. Esinopeutus- ja nopeutusanodet ovat yhdistetty yhteiseen positiiviseen potentiaaliin 1500 voltilla.

Nyt sähkönsäteilijän jälkeen keskittyvä anodi keskittää tuotetun sähköhiukkassäteen. Keskittyvä anodi on yhdistetty säädettävään jännitteeseen 500 voltilla. On kaksi tapaa keskittää sähköhiukkassäde, ja ne on kirjoitettu alla:

1. Elektrostaattinen keskittäminen.

2. Elektromagneettinen keskittäminen.

Tässä keskustelemme elektrostaattisen keskittämisen menetelmästä yksityiskohtaisesti.

Elektrostaattinen keskittäminen
Tiedämme, että voima sähköhiukkasteen kohdalla on -qE, missä q on sähköhiukkassen varaus (q = 1.6 × 10-19 C), E on sähkökentän voimakkuus ja miinusmerkki osoittaa, että voiman suunta on sähkökentän suunnan vastakkainen. Nyt käytämme tätä voimaa vioittaaksemme sähköhiukkassäteen, joka tulee sähkönsäteilijästä. Tutkitaan kaksi tapausta:

Tapaus Ensimmäinen
Tässä tapauksessa meillä on kaksi levyyttä A ja B, kuten kuvassa nähdään.

Levyn A potentiaali on +E, kun taas levyn B potentiaali on –E. Sähkökentän suunta on levystä A levylle B suorassa kulmassa levyn pintoihin. Potentiaalipinta-alueet, jotka ovat sähkökentän suunnan suuntaisia, on myös näkyvissä kuvassa. Kun sähköhiukkassäde kulkee tällä levysysteemin kautta, se vioittaa sähkökentän suunnan vastakkaiseen suuntaan. Vioituskulmaa voidaan helposti muuttaa vaihtamalla levien potentiaaleja.

Tapaus Toinen
Tässä meillä on kaksi keskipisteen ympärille asetettua sylinteriä, joille on sovellettu potentiaeroketta, kuten kuvassa nähdään.

Sähkökentän tuloksellinen suunta ja potentiaalipinta-alueet ovat myös näkyvissä kuvassa. Potentiaalipinta-alueet on merkitty pisteviivillä, jotka ovat kaareutuneet. Nyt olemme kiinnostuneita laskemaan sähköhiukkassäteen vioituskulmaa, kun se kulkee tällä kaareutuneella potentiaalipinta-alueella. Tutkitaan kaareutunutta potentiaalipinta-alue S, kuten alla nähdään. Pinta-alueen oikealla puolella on potentiaali +E, kun taas pinta-alueen vasemmalla puolella on –E. Kun sähköhiukkassäde osuu kulmassa A normaalin suhteen, se vioittaa kulmalla B kulkiessaan pinta-alueen S kautta, kuten alla näkyvässä kuvassa. Säteen normaalivoima kasvaa, koska voima toimii normaalin suuntaan. Tämä tarkoittaa, että tangentiaaliset nopeudet pysyvät samana, joten tangentiaalisten komponenttien yhtäsuuruudesta saamme V1sin(A) = V2sin(B), missä V1 on sähköhiukkasten alkuperäinen nopeus, V2 on nopeus kulkiessaan pinta-alueen kautta. Nyt meillä on relaatio sin(A)/sin(B)=V2/V1.
Nähdään yllä olevasta yhtälöstä, että sähköhiukkassäde venyy kulkiessaan potentiaalipinta-alueen kautta. Siksi tätä järjestelmää kutsutaan myös keskittäjäjärjestelmäksi.

Elektrostaattinen vioittaminen
Jotta löydämme vioituksen lausekkeen, tutkitaan järjestelmää, kuten alla nähdään:


Edellä olevassa järjestelmässä meillä on kaksi levyyttä A ja B, jotka ovat potentiaaleissa +E ja 0. Nämä levyt kutsutaan myös vioituslevyiksi. Levyyt tuottavat kentän positiivisen y-akselin suuntaan, eikä ole voimaa x-akselin suuntaan. Vioituslevyjen jälkeen meillä on näyttö, jonka avulla voimme mitata sähköhiukkassäteen nettovioituksen. Nyt tutkitaan sähköhiukkassädeä, joka tulee x-akselin suuntaan, kuten kuvassa nähdään. Sähköhiukkassäde vioittuu kulmassa A, sähkökentän läsnäolon vuoksi, ja vioitus on positiivisessa y-akselin suunnassa, kuten kuvassa nähdään. Nyt johdamme lausekkeen tälle sähköhiukkassäteen vioitukselle. Energian säilymisen periaatteen mukaan sähköhiukkasten siirtyessä katodista nopeutusanoodelle potentiolia energiaa tulee menettää, ja tämä on yhtä suuri kuin sähköhiukkasten kinettisen energian lisäys. Matemaattisesti voimme kirjoittaa,

Missä, e on sähköhiukkassen varaus,
E on levyjen välinen potentiaerokki,
m on sähköhiukkassen massa,
ja v on sähköhiukkasten nopeus.
Siten, eE on potentiolia energiaa, 1/2mv1/2 on kinettisen energian lisäys.
Yhtälöstä (1) saamme nopeuden v = (2eE/m)1/2.
Nyt meillä on sähkökentän voimakkuus y-akselin suuntaan E/d, joten voima, joka toimii y-akselin suuntaan, on F = eE/d, missä d on kahden vioituslevyn välimatka.
Tämän voiman vuoksi sähköhiukkasten vioittuu y-akselin suuntaan, ja olkoon y-akselin suuntaiseksi vioitukselle D, joka on merkitty näytölle, kuten kuvassa nähdään. Voiman F vuoksi sähköhiukkasteen kiihtyvyys positiivisessa y-akselin suunnassa on Ee/(d × m). Koska alkuvoima positiivisessa y-suunnassa on nolla, voimme kirjoittaa y-akselin suuntaisen siirtymän lausekkeen seuraavasti:

Koska x-akselin suuntaisen nopeuden on vakio, voimme kirjoittaa siirtymän seuraavasti:

Missä, u on sähköhiukkasten nopeus x-akselin suuntaan.
Yhtälöistä 2 ja 3 saamme:

Joka on sähköhiukkassäteen kuljetun polun yhtälö. Nyt derivoidessamme yhtälön 4, saamme kulmakertoimen eli:

Missä, l on levyn pituus.
Näytöllä näkyvä vioitus voidaan laskea seuraavasti: