Katoda raga osciloscopis | CRO

Kas ir Katoda Raga Oskilloskops?

Katoda raga oskilloskops (CRO) ir instruments, kas vispārīgi tiek izmantots laboratorijā, lai attēlotu, mērītu un analizētu dažādas elektriskās shēmas elektriskās virzmes. Katoda raga oskilloskops ir ļoti ātrs X-Y plote, kas var attēlot ievades signālu pret laiku vai citu signālu.

Katoda raga oskilloskopos tiek izmantoti gaismains punkti, kuri tiek radīti, kad elektronu straume sasniedz skatuves virsmu, un šis gaismains punkts pārvietojas atkarībā no ievades lieluma maiņas. Šobrīd jāuzdod jautājums, kāpēc mēs izmantojam tikai elektronu straumi? Iemesls tam ir zems elektronu straumes efekts, kas var tikt izmantots, lai sekotu ātri mainīgajam ievades lielumam. Vispārīgie katoda raga oskilloskopu veidi darbojas ar spriegumiem.

Tātad, ievades lielums, par kuru runājām, ir spriegums. Mūsdienās, ar transductoru palīdzību, ir iespējams pārveidot dažādus fizikālus lielumus, piemēram, strāvu, spiedienu, paātrinājumu utt., uz spriegumu, tādējādi mums ir iespēja iegūt vizuālas attēlojumus šiem dažādiem lielumiem uz katoda raga oskilloskopu. Tagad aplūkosim katoda raga oskilloskopa konstrukcijas detaļas.

Katoda Raga Oskilloskopa Konstrukcija

Katoda raga oskilloskopa galvenā daļa ir katoda raga truba, ko arī sauc par katoda raga oskilloskopa sirdi.

Lūk, apspriežot katoda raga trubas konstrukciju, lai saprastu katoda raga oskilloskopa konstrukciju. Būtībā katoda raga truba sastāv no pieciem galvenajiem daļējiem:

1. Elektronu avots

2. Novirzīšanas plāksnes sistēma

3. Gaismains ekrāns

4. Stikla apvārsnis

5. Pamatne

Jums būs nepieciešamas visas 5 šīs komponentes, lai izveidotu savu DIY oskilloskopu. Tagad apspriedīsim šīs 5 komponentes detalizētāk:

Elektronu Avots:
Tas ir paātrināta, enerģētiska un fokusēta elektronu straumes avots. Tas sastāv no sešām daļām, proti, sildītājs, katoda, režģa, priekšpaātrinājoša anoda, fokusējoša anoda un paātrinājoša anoda. Lai iegūtu augstu elektronu emisiju, barija oksīda slānis (kas deponēts uz katodes beigu) tiek netieši sildīts vidējā temperatūrā. Pēc tam elektronu straume pārceļ caur mazu atveri, ko sauc par režģi, kas izgatavots no nikela. Kā nosaukums liecina, režģis ar negatīvo spraugu kontrolē elektronu skaitu vai netieši - emitēto elektronu intensitāti no katodes. Pēc ceļojuma caur režģi šie elektroni tiek paātrināti ar priekšpaātrinājošo un paātrinājošo anodu palīdzību. Priekšpaātrinājošā un paātrinājošā anoda ir savienotas ar kopīgu pozitīvo potenciālu 1500 voltu.

Tagad, pēc tam, fokusējošā anoda funkcija ir fokusēt tālāk radīto elektronu straumu. Fokusējošā anoda ir savienota ar pielāgojamu spriegumu 500 voltu. Tagad ir divas metodes, kā fokusēt elektronu straumu, un tās ir rakstītas zemāk:

1. Elektrostātiskā fokusēšana.

2. Elektromagnētiskā fokusēšana.

Šeit mēs detalizētāk apspriedīsim elektrostātisko fokusēšanas metodi.

Elektrostātiskā Fokusēšana
Mēs zinām, ka spēks uz elektronu ir doto ar – qE, kur q ir elektronu lāde (q = 1.6 × 10-19 C), E ir elektriskā lauka intensitāte un negatīvais zīmes apzīmē, ka spēka virziens ir pretējā virzienā salīdzinājumā ar elektriskā lauka virziena. Tagad mēs izmantosim šo spēku, lai novirzītu elektronu straumi, kas nāk no elektronu avota. Apsveram divus gadījumus:

Pirmais Gadījums
Šajā gadījumā mums ir divas plāksnes A un B, kā tas ir parādīts attēlā.

Plāksne A ir potenciālā +E, bet plāksne B ir potenciālā –E. Elektriskā lauka virziens ir no plāksnes A uz plāksni B, perpendikulāri plāksņu virsmai. Ekviportenciālās virsmas ir arī parādītas diagrammā, kas ir perpendikulāras elektriskā lauka virzienam. Kad elektronu straume pārceļ šo plāksņu sistēmu, tā novirzās pretējā virzienā salīdzinājumā ar elektriskā lauka virzienam. Novirzīšanas leņķis var viegli tikt maiņots, mainot plāksņu potenciālu.

Otrais Gadījums
Šeit mums ir divas koncentriskas cilindras ar potenciāla atšķirību, kas piestiprināta starp tām, kā tas ir parādīts attēlā.

Arī šeit ir parādīts rezultējošais elektriskā lauka virziens un ekviportenciālās virsmas. Ekviportenciālās virsmas ir atzīmētas ar punktētajām līnijām, kas ir izliektas formā. Tagad mēs vēlamies aprēķināt elektronu straumes novirzīšanas leņķi, kad tā pārceļ šo izliekto ekviportenciālo virsmu. Apsveram izliekto ekviportenciālo virsmu S, kā to parādīts zemāk. Virsma labajā pusē ir potenciāls +E, bet kreisajā pusē – potenciāls –E. Kad elektronu straume ienāk ar leņķi A pret normāli, tad tā pēc pārceltās virsmas S novirzās ar leņķi B, kā tas ir parādīts attēlā zemāk. Normālā komponente straumes ātrumam palielinās, jo spēks darbojas normālā virzienā pret virsmu. Tā nozīmē, ka tangentiālie ātrumi paliek nemainīgi, tādējādi, vienādojot tangentiālos komponentus, mums ir V1sin (A) = V2sin(B), kur V1 ir elektronu sākotnējais ātrums, V2 ir ātrums pēc pārceltās virsmas. Tagad mums ir sakarība sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
No šīs vienādojuma mēs redzam, ka notiek elektronu straumes izliekšana pēc pārceltās ekviportenciālās virsmas. Tādējādi šī sistēma tiek arī saukta par fokusēšanas sistēmu.

Elektrostātiskā Novirzīšana
Lai atrastu izteiksmi novirzīšanai, apsvērsim sistēmu, kā parādīts zemāk:


Šajā sistēmā mums ir divas plāksnes A un B, kuras atrodas potenciālā +E un 0 attiecīgi. Šīs plāksnes tiek arī sauktas par novirzīšanas plāksnēm. Plāksnēm radītais lauks ir pozitīvā y ass virzienā, un x asī nav nekāda spēka. Pēc novirzīšanas plāksnēm mums ir ekrāns, caur kuru mēs varam mērīt elektronu straumes kopējo novirzīšanu. Tagad apsvērsim elektronu straumi, kas nāk pa x asi, kā tas ir parādīts attēlā. Straume novirzās ar leņķi A, tāpēc, ka ir klāt elektriskais lauks, un novirzīšana notiek pozitīvā y ass virzienā, kā tas ir parādīts attēlā. Tagad izpelņosim izteiksmi šīs straumes novirzīšanai. Energijas saglabāšanas likuma dēļ, mums ir jāzuda potenciālā energija, kad elektrons pārvietojas no katodes uz paātrinājošo anodu, kas jāsadīvina ar elektrona kinētiskās energijas ieguvumu. Matemātiski to var uzrakstīt,

Kur, e ir elektrona lāde,
E ir potenciāla atšķirība starp abām plāksnēm,
m ir elektrona masa,
v ir elektrona ātrums.
Tātad, eE ir zaudētā potenciālā energija, un 1/2mv1/2 ir iegūtā kinētiskā energija.
No vienādojuma (1) mums ir ātrums v = (2eE/m)1/2.
Tagad mums ir elektriskā lauka intensitāte pa y asi ir E/d, tāpēc spēks, kas darbojas pa y asi, ir dāts ar F = eE/d, kur d ir atstarpe starp abām novirzīšanas plāksnēm.
Tādējādi elektronam būs novirzīšana pa y asi, un pieņemsim, ka novirzīšana pa y asi ir vienāda ar D, kas atzīmēts uz ekrāna, kā tas ir parādīts attēlā. Spēka F dēļ elektronam būs virzienā uz augšu pa pozitīvo y ass virzienā un šī paātrinājuma izteiksme ir Ee/(d × m). Tā kā sākotnējais ātrums pa pozitīvo y ass virzienu ir nulle, tad, izmantojot kustības vienādojumu, mēs varam uzrakstīt novirzīšanas izteiksmi pa y asi kā,

Kā x ass virzienā ātrums ir nemainīgs, tad mēs varam uzrakstīt novirzīšanu kā,

Kur, u ir elektrona ātrums pa x asi.
No vienādojumi