Oskilograf Tabung Sinar Katoda | CRO
Apa Itu Oskiloskop Sinar Katoda?
Oskiloskop Sinar Katoda (CRO) adalah alat yang umumnya digunakan di laboratorium untuk menampilkan, mengukur, dan menganalisis berbagai bentuk gelombang dari rangkaian listrik. Oskiloskop sinar katoda adalah plotter X-Y yang sangat cepat yang dapat menampilkan sinyal input terhadap waktu atau sinyal lainnya.
Oskiloskop sinar katoda menggunakan bintik cahaya yang dihasilkan oleh tabrakan sinar elektron, dan bintik cahaya ini bergerak sebagai respons perubahan pada kuantitas input. Pada saat ini, pertanyaan yang mungkin muncul dalam pikiran kita adalah mengapa kita hanya menggunakan sinar elektron? Alasan di balik ini adalah efek rendah dari sinar elektron yang dapat digunakan untuk mengikuti perubahan nilai instan dari kuantitas input yang berubah dengan cepat. Bentuk umum oskiloskop sinar katoda bekerja pada tegangan.
Jadi, kuantitas input yang telah kita bicarakan di atas adalah tegangan. Saat ini, dengan bantuan transduser, dimungkinkan untuk mengonversi berbagai kuantitas fisik seperti arus, tekanan, percepatan, dll menjadi tegangan, sehingga memungkinkan kita untuk memiliki representasi visual dari berbagai kuantitas ini pada oskiloskop sinar katoda. Sekarang mari kita lihat detail konstruksi dari oskiloskop sinar katoda.
Konstruksi Oskiloskop Sinar Katoda
Bagian utama dari oskiloskop sinar katoda adalah tabung sinar katoda yang juga dikenal sebagai jantung oskiloskop sinar katoda.
Mari kita bahas konstruksi tabung sinar katoda untuk memahami konstruksi oskiloskop sinar katoda. Secara dasar, tabung sinar katoda terdiri dari lima bagian utama:
Pistol elektron
Sistem pelat pembelokan
Layar fluoresen
Selubung kaca
Dasar
Anda akan memerlukan semua 5 komponen ini untuk membangun oskiloskop DIY Anda sendiri. Kita sekarang akan membahas 5 komponen ini secara detail:
Pistol Elektron:
Ini adalah sumber sinar elektron yang dipercepat, diberi energi, dan difokuskan. Terdiri dari enam bagian, yaitu pemanas, katoda, grid, anoda pra-percepatan, anoda fokus, dan anoda percepatan. Untuk mendapatkan emisi elektron yang tinggi, lapisan oksida barium (yang disimpan di ujung katoda) dipanaskan tidak langsung pada suhu sedang. Elektron setelah itu melewati lubang kecil yang disebut grid kontrol yang terbuat dari nikel. Seperti namanya, grid kontrol dengan bias negatifnya, mengontrol jumlah elektron atau secara tidak langsung kita bisa mengatakan intensitas elektron yang dipancarkan dari katoda. Setelah melewati grid kontrol, elektron-elektron ini dipercepat dengan bantuan anoda pra-percepatan dan anoda percepatan. Anoda pra-percepatan dan anoda percepatan terhubung ke potensial positif umum 1500 volt.
Setelah itu, fungsi anoda fokus adalah untuk memfokuskan sinar elektron yang dihasilkan. Anoda fokus terhubung ke tegangan yang dapat disesuaikan 500 volt. Ada dua metode untuk memfokuskan sinar elektron, dan ditulis di bawah ini:
Fokus elektrostatik.
Fokus elektromagnetik.
Di sini kita akan membahas metode fokus elektrostatik secara detail.
Fokus Elektrostatik
Kita tahu bahwa gaya pada elektron diberikan oleh – qE, di mana q adalah muatan pada elektron (q = 1.6 × 10-19 C), E adalah intensitas medan listrik dan tanda negatif menunjukkan bahwa arah gaya berlawanan dengan arah medan listrik. Kita akan menggunakan gaya ini untuk membelokkan sinar elektron yang keluar dari pistol elektron. Mari kita pertimbangkan dua kasus:
Kasus Satu
Dalam kasus ini, kita memiliki dua pelat A dan B seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
Pelat A berada pada potensial +E sementara pelat B berada pada potensial –E. Arah medan listrik adalah dari pelat A ke pelat B pada sudut kanan terhadap permukaan pelat. Permukaan equipotential juga ditunjukkan dalam diagram yang tegak lurus terhadap arah medan listrik. Ketika sinar elektron melewati sistem pelat ini, ia membelok ke arah yang berlawanan dengan medan listrik. Sudut belokan dapat dengan mudah diubah dengan mengubah potensial pelat.
Kasus Kedua
Di sini kita memiliki dua silinder sepusat dengan perbedaan potensial yang diterapkan antara mereka seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
Arah hasil medan listrik dan permukaan equipotential juga ditunjukkan dalam gambar. Permukaan equipotential ditandai dengan garis putus-putus yang berbentuk melengkung. Di sini kita tertarik untuk menghitung sudut belokan sinar elektron ketika melewati permukaan equipotential melengkung. Mari kita pertimbangkan permukaan equipotential S seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Potensial di sisi kanan permukaan adalah +E sementara potensial di sisi kiri permukaan –E. Ketika sinar elektron masuk dengan sudut A terhadap normal, maka ia membelok dengan sudut B setelah melewati permukaan S seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini. Komponen normal kecepatan sinar akan meningkat karena gaya bekerja dalam arah normal terhadap permukaan. Ini berarti bahwa kecepatan tangensial tetap sama, jadi dengan menyamakan komponen tangensial kita memiliki V1sin (A) = V2sin(B), di mana V1 adalah kecepatan awal elektron, V2 adalah kecepatan setelah melewati permukaan. Sekarang kita memiliki hubungan sebagai sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Kita dapat dari persamaan di atas melihat bahwa ada pembelokan sinar elektron setelah melewati permukaan equipotential. Oleh karena itu, sistem ini juga disebut sistem fokus.
Pembelokan Elektrostatik
Untuk menemukan ekspresi untuk pembelokan, mari kita pertimbangkan sistem seperti yang ditunjukkan di bawah ini:
Dalam sistem di atas, kita memiliki dua pelat A dan B yang berada pada potensial +E dan 0 masing-masing. Pelat-pelat ini juga disebut pelat pembelokan. Medan yang dihasilkan oleh pelat-pelat ini berada dalam arah sumbu y positif dan tidak ada gaya sepanjang sumbu x. Setelah pelat pembelokan, kita memiliki layar di mana kita dapat mengukur pembelokan bersih sinar elektron. Sekarang mari kita pertimbangkan sinar elektron yang datang sepanjang sumbu x seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Sinar membelok dengan sudut A, karena adanya medan listrik dan pembelokan berada dalam arah sumbu y positif seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Sekarang mari kita turunkan ekspresi untuk pembelokan sinar ini. Dengan hukum konservasi energi, kita memiliki kerugian energi potensial ketika elektron bergerak dari katoda ke anoda percepatan harus sama dengan peningkatan energi kinetik elektron. Secara matematis, kita dapat menulis,
Di mana, e adalah muatan pada elektron,
E adalah perbedaan potensial antara kedua pelat,
m adalah massa elektron,
dan v adalah kecepatan elektron.
Jadi, eE adalah kerugian energi potensial dan 1/2mv1/2 adalah peningkatan energi kinetik.
Dari persamaan (1) kita memiliki kecepatan v = (2eE/m)1/2.
Sekarang kita memiliki intensitas medan listrik sepanjang sumbu y adalah E/d, oleh karena itu gaya yang bekerja sepanjang sumbu y diberikan oleh F = eE/d di mana d adalah jarak antara kedua pelat pembelokan.
Karena gaya F, elektron akan membelok sepanjang sumbu y dan misalkan pembelokan sepanjang sumbu y adalah D yang ditandai pada layar seperti yang ditunjukkan dalam gambar. Karena gaya F, ada percepatan neto ke atas elektron sepanjang sumbu y positif dan percepatan ini diberikan oleh Ee/(d × m). Karena kecepatan awal sepanjang sumbu y positif adalah nol, oleh karena itu dengan persamaan gerakan, kita dapat menulis ekspresi perpindahan sepanjang sumbu y sebagai,
Karena kecepatan sepanjang sumbu x adalah konstan, oleh karena itu kita dapat menulis perpindahan sebagai,
Di mana, u adalah kecepatan elektron sepanjang sumbu x.
Dari persamaan 2 dan 3 kita memiliki,
Yang merupakan persamaan lintasan elektron. Sekarang dengan mendiferensialkan persamaan 4, kita memiliki kemiringan yaitu
Di mana, l adalah panjang pelat.
Pembelokan pada layar dapat dihitung sebagai,
Jarak L ditunjukkan dalam gambar di atas. Ekspresi akhir D dapat ditulis sebagai,
Dari ekspresi pembelokan, kita menghitung sensitivitas pembelokan sebagai,
Graticule: Ini adalah grid garis yang fungsinya adalah untuk berfungsi sebagai skala ketika
