کاثوڈ رے آسیلیسکوپ | CRO

کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کیا ہے؟

ایک کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ (CRO) ایک ایسا آلہ ہے جس کا عموماً لیبارٹری میں مختلف برقی سرکٹس کی لہروں کو ظاہر کرنے، ناپنے اور تجزیہ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ ایک بہت تیز X-Y پلائر ہوتا ہے جو ایک سگنل کے مقابلے میں وقت یا دوسرے سگنل کے مقابلے میں ایک ان پٹ سگنل کو ظاہر کر سکتا ہے۔

کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ روشن دھبے استعمال کرتے ہیں جو الیکٹران کی کرن کو مارنے سے پیدا ہوتے ہیں اور یہ روشن دھبہ ان پٹ مقدار میں تبدیلی کے رد عمل میں حرکت کرتا ہے۔ اس وقت ہمارے ذہن میں ایک سوال ضرور اٹھنا چاہیے کہ ہم صرف الیکٹران کی کرن کا استعمال کیوں کر رہے ہیں؟ اس کے پیچھے وجہ یہ ہے کہ الیکٹران کی کرن کے کم اثرات کو تیزی سے تبدیل ہونے والی ان پٹ مقدار کی فوری قیمتوں میں تبدیلیوں کی پیروی کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کی عام شکل وولٹیج پر کام کرتی ہے۔

تو اوپر ہم نے جس ان پٹ مقدار کی بات کی وہ وولٹیج ہے۔ آج کل، ٹرانسدیوسرز کی مدد سے مختلف جسمانی مقداروں جیسے کہ کرنٹ، دباؤ، تیزی وغیرہ کو وولٹیج میں تبدیل کرنا ممکن ہے، جس کی وجہ سے ہمیں ان مختلف مقداروں کی کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ پر بصری عکاسی حاصل کرنے کی سہولت ملتی ہے۔ اب آئیے کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کی تعمیر کی تفصیلات پر نظر ڈالتے ہیں۔

کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کی تعمیر

کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کا بنیادی حصہ کیتھوڈ رے ٹیوب ہوتا ہے جسے کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کا دل بھی کہا جاتا ہے۔

آئیے کیتھوڈ رے آسیلو اسکوپ کی تعمیر کو سمجھنے کے لیے کیتھوڈ رے ٹیوب کی تعمیر پر بات کرتے ہیں۔ بنیادی طور پر کیتھوڈ رے ٹیوب پانچ اہم اجزاء پر مشتمل ہوتی ہے:

1. الیکٹران گن

2. ڈیفلیکشن پلیٹ سسٹم

3. فلورو سینٹ اسکرین

4. گلاس انولاپ

5. بنیاد

آپ کو اپنا خود کا DIY آسیلو اسکوپ بنانے کے لیے ان پانچوں اجزاء کی ضرورت ہوگی۔ اب ہم ان پانچ اجزاء پر تفصیل سے بات کریں گے:

ایلیکٹرون گن:
یہ تیز کردہ، توانائی سے بھرا اور متمرکز الیکٹران کی کرن کا ذریعہ ہے۔ اس میں چھ حصے ہوتے ہیں جو درج ذیل ہیں: ہیٹر، کاتھوڈ، گرڈ، پری-اکسیلریٹنگ آنود، فوکسنگ آنود اور اکسیلریٹنگ آنود۔ الیکٹران کی زیادہ تعداد حاصل کرنے کے لئے کاتھوڈ کے سرے پر رکھی گئی باریم آکسائیڈ کی پرت کو معتدل درجے کی حرارت سے نیچے سے گرم کیا جاتا ہے۔ بعد ازاں الیکٹران کنٹرول گرڈ کے ذریعے گزر جاتے ہیں جو نکل سے بنی ہوتی ہے۔ کنٹرول گرڈ کا نام سے ظاہر ہے کہ یہ اپنے منفی بازار کے ساتھ الیکٹران کی تعداد کو کنٹرول کرتا ہے یا دوسرے الفاظ میں کاتھوڈ سے خارج ہونے والے الیکٹران کی شدت کو کنٹرول کرتا ہے۔ کنٹرول گرڈ سے گذر کے بعد یہ الیکٹران پری-اکسیلریٹنگ اور اکسیلریٹنگ آنود کے ذریعے تیز کردے جاتے ہیں۔ پری-اکسیلریٹنگ اور اکسیلریٹنگ آنود کو 1500 وولٹ کی مشترکہ مثبت پوٹینشل سے جڑا ہوتا ہے۔

اب یہ کے بعد فوکسنگ آنود کا کام یہ ہوتا ہے کہ پیدا ہونے والی الیکٹران کی کرن کو متمرکز کرنا ہے۔ فوکسنگ آنود کو قابل تبدیل 500 وولٹ کی پوٹینشل سے جڑا ہوتا ہے۔ اب الیکٹران کی کرن کو متمرکز کرنے کے دو طریقے ہیں جو نیچے درج ہیں:

1. الیکٹروسٹیٹک فوکسنگ۔

2. الیکٹرومیگنیٹک فوکسنگ۔

یہاں ہم الیکٹروسٹیٹک فوکسنگ کے طریقے کو مفصل طور پر بحث کریں گے۔

الیکٹروسٹیٹک فوکسنگ
ہم جانتے ہیں کہ الیکٹران پر کی گئی قوت – qE ہوتی ہے، جہاں q الیکٹران پر کارج (q = 1.6 × 10-19 C) ہوتا ہے، E الیکٹرک فیلڈ کی شدت ہوتی ہے اور منفی نشان یہ ظاہر کرتا ہے کہ قوت کی سمت الیکٹرک فیلڈ کی سمت کے مخالف ہوتی ہے۔ اب ہم اس قوت کو استعمال کریں گے تاکہ الیکٹرون گن سے باہر آنے والی الیکٹران کی کرن کو مڑانے کے لئے۔ ہم دو مثالیں سمجھتے ہیں:

میں ایک
اس میں ہمارے پاس دو پلیٹ A اور B ہیں جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔

پلیٹ A کی پوٹینشل +E ہے جبکہ پلیٹ B کی پوٹینشل –E ہے۔ الیکٹرک فیلڈ کی سمت پلیٹ A سے پلیٹ B کی طرف ہوتی ہے جو پلیٹ کے سطحوں کے معمود ہوتی ہے۔ شکل میں مساوی پوٹینشل کی سطحوں کو بھی دکھایا گیا ہے جو الیکٹرک فیلڈ کی سمت کے معمود ہیں۔ جب الیکٹران کی کرن یہ پلیٹ نظام سے گذرتی ہے تو یہ الیکٹرک فیلڈ کی سمت کے مخالف مڑ جاتی ہے۔ مڑنے کا زاویہ پلیٹوں کی پوٹینشل کو تبدیل کر کے آسانی سے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

مورد دوم
یہاں ہمیں دو متحد مرکزی سلنڈرز ہیں جن کے درمیان پوٹینشل فرق لاگو کیا گیا ہے جس کی شکل میں دکھایا گیا ہے۔

برقی میدان کی نتیجہ میں حاصل ہونے والی سمت اور ایکسی پوٹینشل سطحیں بھی شکل میں دکھائی گئی ہیں۔ ایکسی پوٹینشل سطحیں نقطہ خط سے نشان زد ہیں جو خمیدہ شکل کی ہیں۔ اب یہاں ہم اس کیلے دلچسپی رکھتے ہیں کہ الیکٹران کی کرن کے ذریعے گذرنے کے بعد یہ خمیدہ ایکسی پوٹینشل سطح کے ذریعے کتنی مقدار تک موڑ دی جاتی ہے۔ نیچے دکھائی گئی طرح خمیدہ ایکسی پوٹینشل سطح S کو دیکھتے ہوئے سمجھتے ہیں۔ سطح کے دائیں جانب پوٹینشل +E ہے جبکہ بائیں جانب پوٹینج -E ہے۔ جب الیکٹران کی کرن قائم الزاویہ A کے زاویے سے سطح پر آتی ہے تو یہ سطح S کے ذریعے گذر کر زاویہ B کے زاویے سے موڑ جاتی ہے جیسا کہ نیچے دی گئی شکل میں دکھایا گیا ہے۔ کرن کی قائم الزاویہ کی رفتار کی مقدار بڑھے گی کیونکہ سطح کے قائم الزاویہ سمت میں قوت کام کرتی ہے۔ یہ مطلب ہے کہ سمتیہ رفتاریں وہی رہیں گی، لہذا سمتیہ مولفہ کو مساوی کرتے ہوئے ہمیں V1sin (A) = V2sin(B) ملتا ہے، جہاں V1 الیکٹران کی ابتدائی رفتار ہے، V2 سطح کے ذریعے گذر کے بعد کی رفتار ہے۔ اب ہمیں sin(A)/sin(B)=V2 / V1 کا رشتہ ملتا ہے۔
ہم اوپر کے مساوات سے دیکھ سکتے ہیں کہ الیکٹران کی کرن کو ایکسی پوٹینشل سطح کے ذریعے گذر کے بعد موڑ لیا جاتا ہے۔ لہذا یہ نظام کو بھی فوکسنگ نظام کہا جاتا ہے۔

ایلیکٹرو سٹیٹک مائل
ميل کے لئے اظہار تلاش کرنے کے لئے، نیچے دکھائی گئی طرح کا نظام درنظر لیں:


اس نظام میں ہمیں A اور B دونوں پلیٹس ہیں جو +E اور 0 کے پوٹینشن پر ہیں۔ ان پلیٹس کو مائل پلیٹس بھی کہا جاتا ہے۔ ان پلیٹس کے ذریعے تیار کردہ میدان مثبت y محور کی طرف ہوتا ہے اور x محور کے ساتھ کوئی قوت نہیں ہوتی۔ مائل پلیٹس کے بعد ہمیں ایک سکرین ہوتی ہے جس کے ذریعے ہم الیکٹران بیم کی کل مائل کو ناپ سکتے ہیں۔ اب ایک الیکٹران کا بیم x محور کے ساتھ آنے کو دیکھتے ہوئے، جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ الیکٹران کا بیم A زاویہ کے ساتھ مائل ہوتا ہے، الیکٹرک فیلڈ کی موجودگی کی وجہ سے اور مائل مثبت y محور کی طرف ہوتا ہے جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ اب ہم اس بیم کی مائل کے لئے ایک اظہار تیار کرتے ہیں۔ توانائی کی حفاظت کے ذریعے، ہم جب الیکٹرون کیتھوڈ سے تیز کرنے والے آنود کی طرف منتقل ہوتا ہے تو پوٹینشن توانائی کا نقصان الیکٹرون کی جنبشی توانائی کے فائدے کے برابر ہونا چاہئے۔ ریاضیاتی طور پر ہم لکھ سکتے ہیں،

جہاں، e الیکٹرون پر کارج ہے،
E دونوں پلیٹس کے درمیان پوٹینشن فرق ہے،
m الیکٹرون کا وزن ہے،
اور v الیکٹرون کی رفتار ہے۔
اس طرح، eE پوٹینشن توانائی کا نقصان ہے اور 1/2mv1/2 جنبشی توانائی کا فائدہ ہے۔
معادلہ (1) سے ہم کو رفتار v = (2eE/m)1/2 ملتی ہے۔
اب ہمیں y محور کے ساتھ الیکٹرک فیلڈ کی شدت E/d ہے، اس لئے y محور کے ساتھ کام کرنے والی قوت F = eE/d ہے جہاں d دونوں مائل پلیٹس کے درمیان فاصلہ ہے۔
اس قوت کی وجہ سے الیکٹرون y محور کے ساتھ مائل ہوگا اور y محور کے ساتھ مائل D کو سکرین پر علامت کیا گیا ہے جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ قوت F کی وجہ سے الیکٹرون کا کل اوپر کی طرف تیزی کی وجوہ ہوگی جو Ee/(d × m) کے برابر ہوگی۔ کیونکہ مثبت y سمت کی ابتدائی رفتار صفر ہے اس لئے حرکت کے معادلات کے ذریعے ہم y محور کے ساتھ تحریک کا اظہار لکھ سکتے ہیں،

کیونکہ x سمت کی رفتار دائمی ہے اس لئے ہم تحریک کو لکھ سکتے ہیں،

جہاں، u الیکٹرون کی x محور کے ساتھ رفتار ہے۔
معادلات 2 اور 3 سے ہمیں ملتا ہے،

جو الیکٹرون کی تحریک کا معادلہ ہے۔ اب معادلہ 4 کو تفرق کرتے ہوئے ہم نیول یعنی

جہاں، l پلیٹ کی لمبائی ہے۔
سکرین پر مائل کا حساب کیا جا سکتا ہے،

فاصلہ L اوپر دی گئی شکل میں دکھایا گیا ہے۔ D کا آخری اظہار یوں لکھا جا سکتا ہے،

مالیک کے اظہار سے، ہم مائل حساسیت کا حساب کرتے ہیں،

گریٹیکل: یہ لائن کا گرڈ ہے جس کا کام کیتھوڈ رے اوسیلوسکوپ کے استعمال کے دوران ایمپلیٹیوڈ کے پیمانے کے طور پر کام کرنا ہے۔ گریٹیکل کی تین قسمیں ہیں اور وہ نیچے لکھی گئی ہیں:

1. اندرونی گرڈ:
   اندرونی گرڈ جیسے نام سے ظاہر ہے کہ اس کی تعمیر کیتھوڈ رے ٹیوب کے فیس پلیٹ کے اندری سطح پر ہوتی ہے۔ اس میں پارالیکس خطا کا مسئلہ نہیں ہوتا لیکن ہم اندرونی گرڈ کو تبدیل نہیں کر سکتے کیونکہ وہ مستقل ہوتے ہیں۔

2. بیرونی گرڈ:

نیچے دیئے گئے کیتھوڈ رے آسیلوسکوپ کا سروسکیم ہے:

کیتھوڈ رے آسیلوسکوپ کا بنیادی سروسکیم

اب ہم کیتھوڈ رے آسیلوسکوپ کے بنیادی سروسکیم کو درج ذیل اہم حصوں کے تحت مطالعہ کریں گے۔

1. عمودی انحراف نظام:
   معاينة کے لیے ان پٹ سگنل کو ان پٹ اٹینیویٹر اور متعدد امپلی فائر مرحلوں کی مدد سے عمودی انحراف نظام پلیٹس پر بھیجا جاتا ہے۔ ان امپلی فائرز کا اصل کام ضعیف سگنل کو زیادہ کرنا ہے تاکہ زیادہ کردہ سگنل قابل قبول سگنل تولید کر سکے۔

2. افقی انحراف نظام:
   عمودی نظام کی طرح افقی نظام بھی ضعیف ان پٹ ولٹیج سگنل کو زیادہ کرنے کے لیے افقی امپلی فائرز سے مشتمل ہوتا ہے لیکن عمودی انحراف نظام کے مقابلے میں، افقی انحراف پلیٹس کو ایک سوپ سے فیڈ کیا جاتا ہے جو اوپر دکھایا گیا ہے۔ سروسکیم میں دکھایا گیا ہے کہ سینکروائز امپلی فائر کی طرف سے تیغدار سوپ جنریٹر کو ٹریگر کیا جاتا ہے جب سوپ سیلیکٹر سوچ کو داخلی پوزیشن میں رکھا جاتا ہے اور اس طرح ٹریگر شدہ تیغدار جنریٹر افقی امپلی فائر کو ان پٹ دیتا ہے۔ اب چار قسم کے سوپ ہیں:

   
   

1. آزاد چلنے والا یا دوبارہ سوپ
   نام سے ظاہر ہے کہ تیغدار ویو فارم تکراری ہوتا ہے یعنی نیا سوپ فوراً پچھلے سوپ کے بعد شروع ہوتا ہے۔

2. ٹریگر شدہ سوپ
   کبھی کبھی دیکھنے والی ویو فارم غیر دورانی ہوتی ہے تو یہ چاہیے کہ سوپ سرکٹ غیر فعال رہے اور سوپ مطالعہ کی جانے والی ویو فارم کی طرف سے شروع ہو۔ اس صورت میں ہم ٹریگر شدہ سوپ استعمال کرتے ہیں۔

3. چلانے والا سوپ
   عام طور پر ایک چلانے والا سوپ استعمال کیا جاتا ہے جہاں سوپ آزاد چلتا ہے لیکن مطالعہ کی جانے والی سگنل کی طرف سے ٹریگر ہوتا ہے۔

4. غیر تیغدار سوپ
   یہ دو ولٹیجز کے درمیان فیز کے فرق کو معلوم کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ ایک اور اہم استعمال یہ ہے کہ ہم غیر تیغدار سوپ کی مدد سے ان پٹ ولٹیجوں کی فریکوئنسی کا موازنہ کر سکتے ہیں۔

3. مزاج:
   سوپ اور میزان کی جانے والی سگنل کے درمیان مزاج ہونا ضروری ہے۔ مزاج کو ایک سٹیشنری پیٹرن تیار کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔ مزاج کے تین ذرائع ہیں جن کو مزاج سیلیکٹر کے ذریعے منتخب کیا جا سکتا ہے اور وہ نیچے لکھے ہیں:

   
   

1. داخلی
   اس میں ٹریگر عمودی امپلی فائر کے ذریعے میزان کی جانے والی سگنل سے حاصل کیا جاتا ہے۔

2. بیرونی
   اس میں ٹریگر کیلئے ایک بیرونی ٹریگر سرس کی ضرورت ہوتی ہے۔

3. لائن
   اس طریقے میں ٹریگر بجلی کی فراہمی سے حاصل کیا جاتا ہے۔

4. شدت کی تنظیم
   شدت کی تنظیم کو زمین اور کیتھوڈ کے درمیان سگنل کو داخل کر کے کی جا سکتی ہے۔ شدت کی تنظیم کا نتیجہ ڈسپلے کی روشنی کی تقویت ہوتی ہے۔

5. پوزیشن کنٹرول
   پوزیشن کو کنٹرول کرنے کا طریقہ چھوٹے مستقل داخلی مسیریائی وولٹیج سورسز کو دفع کرنے والی پلیٹس تک لاگو کرکے ہے اور پوٹینشیومیٹر (ایسے کے طور پر استعمال کرتے ہوئے جیسے کہ وولٹیج ڈویزر) کی مدد سے ہم سگنل کی پوزیشن کو کنٹرول کر سکتے ہیں۔

6. فوس کنٹرول
   فوس کو کنٹرول کرنے کا طریقہ فوکسنگ الیکٹروڈ کے فوکل لمبائی کو تبدیل کرکے ہے جو لنز کی طرح کام کرتا ہے اور فوکل لمبائی کو فوکسنگ آنوڈ کے پوٹینشل کو تبدیل کرکے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

7. انٹینسٹی کنٹرول
   انٹینسٹی کو کاتھوڈ کے حوالے سے گرڈ کے پوٹینشل کو تبدیل کرکے تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

8. کیلیبریشن سرکٹ
   کیلیبریشن کا وولٹیج عام طور پر مربع شکل کا ہوتا ہے جو عام طور پر اندر سے تیار کیا جاتا ہے جس کی مقدار معلوم ہوتی ہے۔

9. آستیگمیٹزم
   فوکس کو تبدیل کرکے سپاٹ کو تیز بنایا جا سکتا ہے تاکہ آستیگمیٹزم کی مشکل سے بچا جا سکے۔

بیان: اصل کو تحفظ دیں، اچھے مضامین کو شیئر کرنے کا لائق ہے، اگر کوئی ناقابل قبولیت ہے تو متعلقہ حذف کرنے کے لیے رابطہ کریں۔