Osiloskopi ya Mzunguko wa Kijani | CRO

Nini ni Cathode Ray Oscilloscope?

Cathode Ray Oscilloscope (CRO) ni zana ibada inayotumika kwa kawaida katika laboratori ili kuonyesha, kutathmini na kuanaliza mizizi mbalimbali ya mitundaji ya umeme. Cathode ray oscilloscope ni plotter X-Y wa haraka ambayo inaweza kuonyesha ishara yoyote ya kuingiza kulingana na muda au ishara nyingine.

Cathode ray oscilloscopes hutumia nyuzi za mwanga ambazo zinatengenezwa kwa kupiga bima ya elektroni na hii nyuzi ya mwanga huchukua mwenendo kulingana na mabadiliko ya kiasi cha kuingiza. Sasa tunaweza kuuliza swali moja kwenye akili yetu kwa sababu gani tunatumia tu bima ya elektroni? Sababu ndogo ya athari ya bima ya elektroni ambayo inaweza kutumika kufuata mabadiliko ya thamani za kasi ya kuingiza. Aina za msingi za cathode ray oscilloscope hufanya kazi kwa kutumia voltage.

Hivyo basi, kiasi cha kuingiza tumeongea juu ni voltage. Leo, kwa usaidizi wa transducers, inawezekana kutumia viwango vya kijamii kama vile current, presha, acceleration na kadhalika kutumika kama voltage, hivyo inaonekana kwamba tunaweza kuwa na misuli ya maono ya viwango hivi vya tofauti kwenye cathode ray oscilloscope. Tumetoka sasa tazama maelezo ya ujenzi wa cathode ray oscilloscope.

Ujenzi wa Cathode Ray Oscilloscope

Sehemu muhimu ya cathode ray oscilloscope ni cathode ray tube ambayo pia inajulikana kama moyo wa cathode ray oscilloscope.

Tutadiskuta ujenzi wa cathode ray tube ili kutambua ujenzi wa cathode ray oscilloscope. Kwa ujumla, cathode ray tube ina sehemu sita muhimu:

1. Electron gun

2. Deflection plate system

3. Fluorescent screen

4. Glass envelope

5. Base

Utahitaji vitu vyote minne haya kujenga DIY oscilloscope yako. Tutaongea sasa kuhusu vitu minne hivi kwa undani:

Electron Gun:
Ni chanzo cha bima ya elektroni iliyohusishwa, imeshakamilishwa na imefunikwa. Ina sehemu sita zinazokuwa ni heater, cathode, grid, pre-accelerating anode, focusing anode na accelerating anode. Ili kupata uzalishaji wa elektroni mkubwa, lini ya barium oxide (ambayo imefunikwa kwenye mwisho wa cathode) inachomwa kwa joto kidogo. Elektroni baada ya hii hutembea kwenye choro chenye ukubwa dogo unachoweza kuita control grid ambacho limeundwa kwa kutumia nickel. Kama jina linavyosema, control grid na bias yake hasi, huendeleza idadi ya elektroni au kwa njia nyingine tunaweza kusema nguvu ya elektroni zilizotokana na cathode. Baada ya kutembea kwenye control grid, elektroni hizi hushughulikiwa kwa kutumia pre-accelerating na accelerating anodes. Pre-accelerating na accelerating anodes zimeunganishwa kwenye potential chanya cha 1500 volts.

Sasa, baada ya hii, fanya ya focusing anode ni kufunika bima ya elektroni iliyotengenezwa. Focusing anode imeunganishwa kwenye voltage inayoweza kubadilishwa 500 volts. Sasa, kuna njia mbili za kufunika bima ya elektroni na zimeandikwa chini:

1. Electrostatic focusing.

2. Electromagnetic focusing.

Hapa tutadiskuta njia ya electrostatic focusing kwa undani.

Electrostatic Focusing
Tunajua kuwa nguvu kwenye elektron inatoa - qE, ambapo q ni nguvu kwenye elektron (q = 1.6 × 10-19 C), E ni electric field intensity na negative sign inatoa kuwa direction ya nguvu ni kinyume cha electric field. Sasa tutatumia nguvu hii kudhibiti beam ya electrons inayotoka kwenye electron gun. Tuangalie mstari wa mbili:

Mstari wa Moja
Hapa tuna plates A na B kama ilivyoelezwa katika mchoro.

Plate A ina potential +E na plate B ina potential –E. Direction ya electric field ni kutoka plate A hadi plate B kwa angle sawa na surfaces za plate. Equipotential surfaces zimeonyeshwa katika diagram hicho kama perpendicular kwa direction ya electric field. Wakati beam ya electron hutembea kwenye plate system hii, hutendeka kwa kinyume cha electric field. Deflection angle inaweza badilika kwa kubadilisha potential ya plates.

Mstari wa Pili
Hapa tuna cylinders mitatu na potential difference applied kati yao kama ilivyoelezwa katika mchoro.

Resultant direction ya electric field na equipotential surfaces zimeonyeshwa katika mchoro. Equipotential surfaces zimechotwa kwa dotted lines ambazo zinavyoona curved shape. Hapa tunapotaka kuhesabu deflection angle ya electron beam wakati hutembea kwenye curved equipotential surface. Tuangalie curved equipotential surface S kama ilivyoelezwa chini. Potential kwenye upande wa kulia wa surface ni +E na potential kwenye upande wa kushoto wa surface –E. Wakati beam ya electron hutenda kwa angle A kwenye normal, hutendeka kwa angle B baada ya kutembea kwenye surface S kama ilivyoelezwa katika mchoro chenye chini. Normal component ya velocity ya beam itaongezeka kwa sababu nguvu inafanya kazi kwenye mtaani wa surface. Hii inamaanisha tangential velocities zitatumaini, hivyo kwa kuyaequate tangential components tunapewa V1sin (A) = V2sin(B), ambapo V1 ni velocity ya awali ya electrons, V2 ni velocity baada ya kutembea kwenye surface. Sasa tuna relation kama sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Tunaweza kutambua kutokana na equation hii kuwa kuna bending ya electron beam baada ya kutembea kwenye equipotential surface. Hivyo hii system pia inatafsiriwa kama focusing system.

Electrostatic Deflection
Ili kupata expression ya deflection, tuangalie system kama ilivyoelezwa chini:


Katika system hii tuna plates A na B ambazo zina potential +E na 0 kwa mtazamo. Plates hizi pia zinatafsiriwa kama deflection plates. Field kilichotengenezwa na plates hizi ni kwenye mtaa wa positive y axis na hakuna nguvu kwenye x-axis. Baada ya deflection plates tuna screen ambayo tunaweza kutathmini deflection kamili ya electron beam. Sasa tuangalie beam ya electron inayotoka kwenye x-axis kama ilivyoelezwa katika mchoro. Beam hutendeka kwa angle A, kwa sababu ya presence ya electric field na deflection ni kwenye mtaa wa positive y axis kama ilivyoelezwa katika mchoro. Sasa tuangalie tafuta expression ya deflection ya beam hii. Kwa conservation of energy, tunajua loss in potential energy wakati electron hutembea kutoka kwenye cathode hadi accelerating anode inapaswa kuwa sawa na gain in kinetic energy ya electron. Mathematically tunaweza andika,

Ambapo, e ni charge kwenye electron,
E ni potential difference kati ya plates,
m ni mass ya electron,
na v ni velocity ya electron.
Hivyo, eE ni loss in potential energy na 1/2mv1/2 ni gain in kinetic energy.
Kutokana na equation (1) tunapewa velocity v = (2eE/m)1/2.
Sasa tuna electric field intensity kwenye y axis ni E/d, hivyo force inayofanya kazi kwenye y axis ni inapatikana kwa F = eE/d ambapo d ni separation kati ya deflection plates.
Kwa sababu ya force hii, electron itatendeka kwenye y axis na tutaambia deflection kwenye y axis ni D ambayo imechotwa kwenye screen kama ilivyoelezwa katika mchoro. Kwa sababu ya force F, kuna net upward acceleration ya electron kwenye positive y axis na acceleration hii inapatikana kwa Ee/(d × m).Kwa sababu ya initial velocity kwenye positive y direction ni zero, basi kwa equation of motion tunaweza andika expression ya displacement kwenye y axis kama,

Kwa sababu ya velocity kwenye x direction ni constant, basi tunaweza andika displacement kama,

Ambapo, u ni velocity ya electron kwenye x axis.
Kutokana na equations 2 na 3 tunapewa,

Ambayo ni equation ya trajectory ya electron. Sasa kwenye differentiating equation 4 tunapewa slope i.e.

Ambapo, l ni length ya plate.
Deflection kwenye screen inaweza kutathmini kama,

Distance L imeonyeshwa katika mchoro chenye chini. Final expression ya D inaweza andikwa kama,

Kutokana na expression ya deflection, tunaweza kutathmini deflection sensitivity kama,

Graticule: Hizi ni grid ya lines ambazo fanya kazi kama scale wakati