Катодна црта осцилоскоп | CRO
Што е катоден зрачен осцилоскоп?
Катоден зрачен осцилоскоп (CRO) е инструмент што најчесто се користи во лабораторија за прикажување, мерење и анализа на различни форми на електрични кола. Катоден зрачен осцилоскоп е многу брз X-Y графички приказ кој може да прикаже входен сигнал според времето или друг сигнал.
Катодните зрачни осцилоскопи користат светли точки кои се создаваат со ударот на зракот од електрони, а оваа светла точка се движи во одговор на варијациите на входната величина. На овој момент, еден прашање мора да се појави во нашата ум: Зошто користиме само електронски зрак? Разлогот зад тоа е малите ефекти на зракот од електрони кои можат да се користат за следење на промените во моменталните вредности на брзо менлива входна величина. Општите форми на катоден зрачен осцилоскоп работат на напони.
Значи, входната величина за која говоревме погоре е напон. Денес, со помош на трансдуктери, е можно да се конвертираат различни физички величини како стрuja, притисок, акцелерација итн. во напон, што ни дозволува да имаме визуелни прикази на овие различни величини на катоден зрачен осцилоскоп. Сега нека погледнеме конструктуралните детали на катоден зрачен осцилоскоп.
Конструкција на катоден зрачен осцилоскоп
Главниот дел на катоден зрачен осцилоскоп е катоден зрачен цилиндер, кој исто така е познат како срце на катоден зрачен осцилоскоп.
Да објасниме конструкцијата на катоден зрачен цилиндер за да разбереме конструкцијата на катоден зрачен осцилоскоп. Базично, катоден зрачен цилиндер се состои од пет главни делови:
Електронска пушка
Система на дефлекциони плочи
Флуоресцентен екран
Стаклен облик
Основа
Ќе ви требаат сите 5 од овие компоненти за да го изградите својот DIY осцилоскоп. Сега ќе ги објасниме детално овие 5 компоненти:
Електронска пушка:
Тоа е изворот на забрзан, енергизиран и фокусиран зрак од електрони. Се состои од шест делови: нагревач, катод, мрежа, предзабрзување анода, фокусирање анода и забрзување анода. За да се добие висока емисија на електрони, слојот на бариум оксид (кој е депониран на крајот на катодот) се нагрева непосредно на умерена температура. Електроните после тоа минуваат низ мал отвор наречен контролна мрежа, која е направена од никел. Како што подразбира името, контролната мрежа со нејзиниот негативен пристрасност, контролира бројот на електрони или индиректно можеме да кажеме интензитетот на емитирани електрони од катодот. После минувањето низ контролната мрежа, овие електрони се забрзуваат со помош на предзабрзување и забрзување аноди. Предзабрзувањето и забрзувањето аноди се поврзани со заеднички позитивен потенцијал од 1500 волти.
Сега, после тоа, функцијата на фокусирање анода е да фокусира зракот на електрони кој се произведува. Фокусирање анода е поврзан со прилагодлив напон од 500 волти. Сега, има две методи на фокусирање на зракот од електрони, и се пишуваат подолу:
Електростатско фокусирање.
Електромагнетско фокусирање.
Тука ќе објасниме електростатската метода на фокусирање во детал.
Електростатско фокусирање
Знаеме дека силата на електронот е дадена со – qE, каде q е напонот на електрон (q = 1.6 × 10-19 C), E е електрично поле и негативниот знак покажува дека насоката на силата е во спротивна насока на електричното поле. Сега ќе користиме оваа сила за дефлекција на зракот од електрони кој доаѓа од електронска пушка. Да разгледаме два случаи:
Првиот случај
Во овој случај имаме две плочи A и B како што е прикажано на сликата.
Плочата A е на потенцијал +E, додека плочата B е на потенцијал –E. Насоката на електричното поле е од плочата A до плочата B под прав агол со површините на плочите. Еквипотенцијалните површини исто така се прикажани на дијаграмот, кои се нормални на насоката на електричното поле. Како што зракот од електрони минува низ овој систем на плочи, дефлектира во спротивна насока на електричното поле. Аголот на дефлекција може лесно да се промени со менување на потенцијалот на плочите.
Вториот случај
Овде имаме две концентрични цилиндри со потенцијална разлика применета меѓу нив како што е прикажано на сликата.
Резултантната насока на електричното поле и еквипотенцијалните површини исто така се прикажани на фигурата. Еквипотенцијалните површини се означени со пунктирни линии, кои се извити во форма. Сега, тука сме заинтересирани да пресметаме аголот на дефлекција на зракот од електрони кога минува низ ова извито еквипотенцијално поле. Да разгледаме извитата еквипотенцијална површина S како што е прикажано подолу. Потенцијалот на десната страна на површината е +E, додека потенцијалот на левата страна на површината е –E. Кога зрак од електрони е инцидентен под агол A на нормалата, тогаш дефлектира под агол B после минувањето низ површина S како што е прикажано на фигурата подолу. Нормалниот компонент на брзината на зракот ќе се зголеми затоа што силата действува во насока нормална на површината. Тоа значи дека тангенталните брзини ќе останат исти, па со еквивалентирање на тангенталните компоненти имаме V1sin (A) = V2sin(B), каде V1 е почетната брзина на електроните, V2 е брзината после минувањето низ површина. Сега имаме релација како sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Можеме од горенаведената равенка да видиме дека има извитост на зракот од електрони после минувањето низ еквипотенцијалната површина. Значи, овој систем се нарекува и фокусирачки систем.
Електростатска дефлекција
За да го пронајдеме изразот за дефлекција, да разгледаме систем како што е прикажан подолу:
Во горенаведениот систем имаме две плочи A и B кои се на потенцијал +E и 0 соодветно. Овие плочи се нарекуваат и дефлекциони плочи. Полето произведено од овие плочи е во насока на позитивната y оска, а нема сила врз x-оската. После дефлекционите плочи имаме екран преку кој можеме да го измериме нетната дефлекција на зракот од електрони. Сега, да разгледаме зрак од електрони кој доаѓа врз x-оската како што е прикажано на сликата. Зракот дефлектира под агол A, поради присуство на електрично поле, а дефлекцијата е во позитивна насока на y-оската како што е прикажано на сликата. Сега, да изведеме израз за дефлекција на овој зрак. Со законот за зачувување на енергија, имаме загуба на потенцијална енергија кога електронот се движи од катод до забрзување анода, која треба да биде еднаква на добивката на кинетичка енергија на електронот. Математички можеме да запишеме,
Каде, e е напонот на електрон,
E е потенцијална разлика меѓу двата плато,
m е масата на електрон,
а v е брзината на електронот.
Така, eE е загуба на потенцијална енергија, а 1/2mv1/2 е добивката на кинетичка енергија.
Од равенка (1) имаме брзина v = (2eE/m)1/2.
Сега, имаме електрично поле интензитет врз y-оската е E/d, затоа силата која дејствува врз y-оската е дадена со F = eE/d, каде d е раздалечувањето помеѓу двата дефлекциони плато.
Збогувајќи на оваа сила, електронот ќе дефлектира врз y-оската, и нека дефлекцијата врз y-оската биде еднаква на D, што е означено на екранот како што е прикажано на сликата. Збогувајќи на силата F, има нетна нагорна акцелерација на електронот врз позитивната y-оска, а оваа акцелерација е дадена со Ee/(d × m). Бидејќи почетната брзина во позитивна насока на y-оската е нула, затоа со равенка за движење можеме да запишеме изразот за преместување врз y-оската како,
Бидејќи брзината врз x-оската
