Kathod Ray Osiloskopu | CRO
Katedral Işın Oskiloskopu Nedir?
Bir Katedral Işın Oskiloskopu (KIO) genellikle laboratuvarlarda çeşitli elektrik devreleri dalga biçimlerini görüntülemek, ölçmek ve analiz etmek için kullanılan bir araçtır. Katedral Işın Oskiloskopu, girdi sinyali zaman veya başka bir sinyal cinsinden gösteren çok hızlı bir X-Y çizici gibidir.
Katedral Işın Oskiloskopları, elektron ışını ile üretilen parlak noktalar kullanır ve bu parlak nokta, girdi miktarındaki değişime tepki olarak hareket eder. Bu noktada, neden sadece bir elektron ışını kullandığımız sorusu aklımıza gelebilir. Bunun arkasındaki sebep, hızlı değişen girdi miktarının anlık değerlerindeki değişimleri takip etmek için kullanılabilen düşük etkili elektron ışınıdır. Genel katedral Işın osiloskopları, gerilimler üzerinde çalışır.
Yukarıda bahsettiğimiz girdi miktarı gerilimdir. Günümüzde, dönüştürücülerin sayesinde, akım, basınç, ivme vb. gibi çeşitli fiziksel miktarların gerilime dönüştürülmesi mümkün olup, bu da bize bu çeşitli miktarların katedral Işın osiloskopu üzerinde görsel temsillerini sağlar. Şimdi, katedral Işın osiloskopunun inşaat ayrıntılarına bakalım.
Katedral Işın Oskiloskopunun Yapısı
Katedral Işın Oskiloskopunun ana parçası, aynı zamanda katedral Işın osiloskopunun kalbi olarak bilinen katedral Işın tübüdür.
Katedral Işın osiloskopunun inşaatını anlamak için, katedral Işın tübünn yapısını tartışalım. Temel olarak, katedral Işın tübü beş ana parçadan oluşur:
Elektron tabancası
Çarpıtmalı plaka sistemi
Parlayan ekran
Cam zarf
Taban
Kendi DIY osiloskopunu oluşturmak için bu 5 bileşene ihtiyacınız olacaktır. Şimdi bu 5 bileşeni detaylı olarak tartışacağız:
Elektron Tabancası:
Hızlandırılmış, enerjilendirilmiş ve odaklanmış elektron ışını kaynağıdır. Isıtıcı, katedral, ağ, ön hızlandırıcı anot, odaklanma anot ve hızlandırıcı anot olmak üzere altı parçadan oluşur. Yüksek elektron emisyonu elde etmek için, katedral ucuna çökeltilen barium oksit tabakası orta sıcaklıkta dolaylı olarak ısıtılır. Elektronlar, nikelten yapılmış küçük bir delik olan kontrol ağından geçer. Adından da anlaşılacağı gibi, kontrol ağı, katedralden çıkan elektronların sayısını veya dolaylı olarak yoğunluğunu kontrol eder. Kontrol ağından geçen bu elektronlar, ön hızlandırıcı ve hızlandırıcı anotlar aracılığıyla hızlandırılır. Ön hızlandırıcı ve hızlandırıcı anotlar, 1500 volt ortak pozitif potansiyele bağlanır.
Şimdi, odaklanma anotun işlevi, böylece üretilen elektron ışınıyı odaklamaktır. Odaklanma anotu, ayarlanabilir 500 volt'a bağlıdır. Şimdi, elektron ışınının odaklanmasında iki yöntem vardır ve aşağıda belirtilmiştir:
Elektrostatik odaklama.
Elektromanyetik odaklama.
Burada, elektrostatik odaklama yöntemini detaylı olarak tartışacağız.
Elektrostatik Odaklama
Biliyoruz ki, bir elektron üzerindeki kuvvet – qE formülüyle verilir, burada q elektronun yükü (q = 1.6 × 10-19 C), E ise elektrik alan yoğunluğu ve negatif işaret, kuvvetin elektrik alan yönünün tersine olduğunu gösterir. Şimdi, bu kuvveti, elektron tabancasından çıkan elektron ışınıyı sapmaya kullanacağız. İki durumu düşünelim:
Durum Bir
Bu durumda, A ve B adında iki plaka bulunmaktadır.
Plaka A +E potansiyelinde, plaka B ise -E potansiyelindedir. Elektrik alan, A plakasından B plakasına doğru, plakaların yüzeylerine dik açıda doğrudur. Potansiyel yüzeyler, diyagramda gösterildiği gibi, elektrik alan yönünün dikeyinde konumlandırılır. Elektron ışını, bu plaka sisteminden geçerken, elektrik alan yönünün tersine sapar. Sapma açısı, plakaların potansiyelini değiştirerek kolayca değiştirilebilir.
Durum İkinci
Burada, arasında potansiyel farkı uygulanan iki merkezi silindir bulunmaktadır.
Sonuçta, elektrik alan yönü ve potansiyel yüzeyler de diyagramda gösterilmiştir. Potansiyel yüzeyler, eğri şekilli olan noktalı çizgilerle işaretlenmiştir. Şimdi, S adında eğri potansiyel yüzeyi üzerinde ilgilendiğimiz, elektron ışınının bu eğri potansiyel yüzeyden geçerkenki sapma açısını hesaplayalım. Yüzey S'nin sağ tarafındaki potansiyel +E, sol tarafındaki potansiyel ise -E'dir. Bir elektron ışını, normalin A açısına daraldığında, yüzey S üzerinden geçtikten sonra B açısı ile sapar. Işının normal bileşeni, yüzeye normal yönde hareket eden kuvvet nedeniyle artar. Bu, teğetsel hızların aynı kalacağını ifade eder, bu nedenle teğetsel bileşenleri eşitlersek, V1sin (A) = V2sin(B) formülüne ulaşırız, burada V1 elektronların başlangıç hızıdır, V2 ise yüzeyden geçtikten sonraki hızdır. Şimdi, sin(A)/sin(B)=V2 / V1 formülüne sahibiz.
Yukarıdaki denklemden, elektron ışınının, potansiyel yüzeyden geçtikten sonra bükülmesini görebiliriz. Bu yüzden, bu sistem de odaklama sistemi olarak adlandırılır.
Elektrostatik Çarpıtmalama
Sapmanın ifadesini bulmak için, aşağıdaki sistemdeki gibi bir sistem düşünelim:
Yukarıdaki sistemde, A ve B adında iki plaka bulunmaktadır, bunlar sırasıyla +E ve 0 potansiyelindedir. Bu plakalar, aynı zamanda deflection plates olarak da bilinir. Bu plakalar tarafından üretilen alan, pozitif y ekseni yönündedir ve x ekseninde herhangi bir kuvvet yoktur. Deflection plates'ten sonra, elektron ışınının net sapmasını ölçebileceğimiz bir ekran bulunmaktadır. Şimdi, x ekseninde gelen bir elektron ışını düşünelim. Işın, elektrik alan nedeniyle A açısı ile sapar ve sapma, y ekseninin pozitif yönünde gerçekleşir. Şimdi, bu ışının sapması için bir ifade türetelim. Enerji korunumu prensibine göre, elektron katedralden hızlandırıcı anota doğru hareket ederken kaybedilen potansiyel enerji, elektronun kinetik enerjisindeki kazanca eşit olmalıdır. Matematiksel olarak yazarsak,
Burada, e elektronun yüküdür,
E iki plaka arasındaki potansiyel farkıdır,
m elektronun kütlesidir,
v ise elektronun hızıdır.
Böylece, eE potansiyel enerji kaybıdır ve 1/2mv1/2 kinetik enerji kazancıdır.
Denklemden (1) v = (2eE/m)1/2 elde ederiz.
Şimdi, y eksenindeki elektrik alan yoğunluğu E/d olduğundan, y eksenindeki kuvvet F = eE/d olarak verilir, burada d iki deflection plate arasındaki ayrılıktır.
Bu kuvvet nedeniyle, elektron y ekseninde yukarı doğru sapacak ve y eksenindeki sapma D olarak işaretlenmiş olacak, bu da ekran üzerinde gösterilmiştir. Bu kuvvet nedeniyle, elektron pozitif y ekseninde yukarı doğru net bir ivme alır ve bu ivme Ee/(d × m) olarak verilir. Pozitif y yönündeki ilk hızın sıfır olduğu için, hareket denklemlerini kullanarak y eksenindeki yer değiştirme ifadesini şu şekilde yazabiliriz:
X yönündeki hızın sabit olması nedeniyle, yer değiştirme ifadesini şu şekilde yazabiliriz:
Burada, u x eksenindeki elektronun hızıdır.
Denklemler 2 ve 3'ten, şunu elde ederiz:
Bu, elektronun yörüngesi için denklemdir. Şimdi, denklem 4'ü türevleyerek eğimi, yani
Elde ederiz. Burada, l plakanın uzunluğudur.
Ekran üzerindeki sapma, şu şekilde hesaplanabilir:
Uzaklık L, yukarıdaki figürde gösterilmiştir. D'nin son ifadesi, şu şekilde yazılabilir:
Sapma ifadesinden, sapma hassasiyetini şu şekilde hesaplayabiliriz:
Graticule: Bu, çizgilerin bir gridi olup, amplitut ölçümleri sırasında katedral Işın osiloskopu kullanıldığında ölçek görevi görür. Graticule'lerin üç türü vardır ve aşağıda belirtilmiştir:
