Oscilloscopium Radium Cathodis | CRO
Quid est Cathode Ray Oscilloscope?
Cathode Ray Oscilloscope (CRO) est instrumentum quod in laboratorio utitur ad ostendendum, mensurandum et analysandum varias formam undarum circuituum electricorum. Cathode ray oscilloscope est X-Y plotter velocissimus qui signum input versus tempus vel aliud signum ostendere potest.
Cathode ray oscilloscopes luminosa puncta producunt per electronica fascicula percussa, et haec luminosa puncta movetur in responsione variationis quantitatis input. Nunc quaestio una debet oriri in mente nostra, cur solum electronica fascicula utimur? Ratio post hac est parva effectus fasciculi electronici qui uti possit ad sequendum mutationes valorum instantaneorum quantitatis celeriter mutantis. Formae generales cathode ray oscilloscope operantur per voltus.
Itaque quantitas input de qua supra locuti sumus est voltus. Nunc, cum auxilio transductorum possibile est converti varias quantitates physicas sicut currentem, pressionem, accelerationem etc. in voltus, ita nos habemus repraesentationes visuales harum varias quantitatum in cathode ray oscilloscope. Nunc intuemur constructionem cathode ray oscilloscope.
Constructio Cathode Ray Oscilloscope
Pars principalis cathode ray oscilloscope est cathode ray tube, quod etiam cor cathode ray oscilloscope dicitur.
Nunc disseramus de constructione cathode ray tube ut intelligamus constructionem cathode ray oscilloscope. Cathode ray tube constat ex quinque partibus principibus:
Electron gun
Systema deflectionis laminae
Fluorescentia screen
Vas vitreum
Basis
Oportet te omnes hanc quinque componentes ad tuum proprium DIY oscilloscope construendum. Nunc haec quinque componentes in detali discutemus:
Electron Gun:
Hic est fons accelerati, energizati et focusati fasciculi electronici. Constat ex sex partibus, scilicet heater, cathode, grid, pre-accelerating anode, focusing anode et accelerating anode. Ut altam emissionem electronorum obtineamus, stratum barium oxidi (quod in extremitate cathode depositum est) indirecte calefacitur ad temperaturam moderatam. Electrones post hoc transire per foramen parvum, control grid, quod ex niquilo factum est. Sicut nomen indicat, control grid cum suo negativo praepositivo, numerum electronorum aut indirecte intensitatem electronorum emissorum a cathode controllat. Post transitum per control grid, hi electroni accelerantur per pre-accelerating et accelerating anodes. Pre-accelerating et accelerating anodes connectuntur ad commune positivum potentiale 1500 volt.
Nunc post hoc functio focusing anode est ad focalizandum fasciculum electronicum sic productum. Focusing anode connectuntur ad tensio adjustable 500 volt. Nunc duae sunt methodi focalizandi fasciculum electronicum et scribuntur infra:
Focalizatio electrostatica.
Focalizatio electromagnetica.
Hic electrum focalizationis methodum electrostaticam in detali discutemus.
Focalizatio Electrostatica
Scimus quod vis in electronum est data per – qE, ubi q est carica in electrono (q = 1.6 × 10-19 C), E est intensitas electrici campi et signum negativum monstrat quod directio vis est in opposita directione ad electrici campi. Nunc utemur hac vi ad deflectendum fasciculum electronicum egressum ex electron gun. Consideremus duos casus:
Casus Primus
In hoc casu habemus duas laminas A et B ut in figura ostenditur.
Lamina A est in potentiale +E, dum lamina B est in potentiale –E. Directio campi electrici est ab A lamina ad lamina B ad rectum angulos ad superficies laminarum. Superficies equipotentialis quoque in diagramma ostenduntur quae perpendicularis sunt ad directionem campi electrici. Quomodo fasciculus electronorum transiret per hanc systema laminarum, deflectit in opposita directione campi electrici. Angulus deflectionis facile variari potest mutando potentiale laminarum.
Casus Secundus
Hic habemus duos cylindros concentricos cum differentia potentialis applicata inter eos ut in figura ostenditur.
Directio resultans campi electrici et superficies equipotentialis quoque in figura ostenduntur. Superficies equipotentialis notantur per lineas punctatas quae curvae sunt. Nunc hic interessim calculare angulum deflectionis fasciculi electronici quando transiret per hanc curvam superficem equipotentialis. Consideremus superficem equipotentialis S ut infra ostenditur. Potentiale ad dextram superficiei est +E, dum potentiale ad sinistram superficiei –E. Quando fasciculus electronorum incident at angulo A ad normalem, tunc deflectit per angulum B post transitum per superficem S ut in figura data ostenditur. Component normalis velocitatis fasciculi crescet quia vis agit in directionem normali ad superficem. Id significat quod velocitates tangentiales remanent eadem, itaque aequando componentes tangentiales habemus V1sin (A) = V2sin(B), ubi V1 est initialem velocitatem electronorum, V2 est velocitas post transitum per superficem. Nunc habemus relationem ut sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Possimus ex superiore equatione videre quod est incurvatio fasciculi electronici post transitum per superficem equipotentialis. Itaque hoc systema quoque dicitur systema focalizandi.
Deflexio Electrostatica
Ut expressionem pro deflectione inveniamus, consideremus systema ut infra ostenditur:
In hoc systema habemus duas laminas A et B quae sunt in potentiale +E et 0 respectivamente. Hae laminas etiam vocantur deflection plates. Campus productus per has laminas est in directionem positivi y axis et non est vis secundum x-axis. Post deflection plates habemus screen per quam mensurare possumus net deflectionem electronici fasciculi. Nunc consideremus fasciculum electronorum veniens secundum x-axis ut in figura ostenditur. Fasciculus deflectit per angulum A, ob presence campi electrici et deflexio est in positiva directionem y axis ut in figura ostenditur. Nunc derivemus expressionem pro deflectione huius fasciculi. Per conservationem energiae, habemus amissionem potentialis energiae quando electron movetur a cathode ad accelerating anode debet esse aequalis acquisitioni cineticam electroni. Mathematica possumus scribere,
Ubi, e est carica in electrono,
E est differentia potentialis inter duas laminas,
m est massa electroni,
et v est velocitas electroni.
Itaque, eE est amissio potentialis energiae et 1/2mv1/2 est acquisitio cineticam.
Ex aequatione (1) habemus velocitatem v = (2eE/m)1/2.
Nunc habemus intensitatem campi electrici secundum y axis est E/d, ideoque vis agens secundum y axis data est per F = eE/d ubi d est separatio inter duas deflection plates.
Ob hanc vim electron deflectet secundum y axis et sit deflexio secundum y axis aequalis D quae in screen notata est ut in figura ostenditur. Ob vim F est net upward acceleratio electroni secundum positivum y axis et haec acceleratio data est per Ee/(d × m).Cum initialem velocitatem secundum positivum y directionem sit zero ideo per aequationem motus possumus scribere expressionem displacementis secundum y axis ut,
Quoniam velocitas secundum x directionem constans est ideo possumus scribere displacementem ut,
Ubi, u est velocitas electroni secundum x axis.
Ex aequationibus 2 et 3 habemus,
Quae est aequatio trajectory electroni. Nunc differentiando aequationem 4 habemus pendentes i.e.
Ubi, l est longitudo plateae.
Deflexio in screen calculari potest ut,
Distantia L in figura suprascripta ostenditur. Expressio finalis D scribi potest ut,
Ex expressione deflectionis, possumus calculare sensibilitatem deflectionis ut,
Graticule: Haec sunt reticulata lineae quarum functio est servire ut scala quando cathode ray oscilloscope utitur pro mensurationibus amplitudinis. Tres sunt species graticularum et scriptae sunt infra:
Graticula Interna:
Graticula interna, ut nomen indicat, deposita est in interna superficie faciei vasculi cathode ray. Non est problema errorum parallaxarum sed non possumus mutare graticulas internas quia fixae sunt.
