Oscilloscope Tia Cực Âm | CRO
Cathode Ray Oscilloscope là gì?
Một Cathode Ray Oscilloscope (CRO) là một thiết bị thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm để hiển thị, đo lường và phân tích các dạng sóng khác nhau của đường dây điện. Cathode ray oscilloscope là một máy vẽ X-Y rất nhanh có thể hiển thị tín hiệu đầu vào theo thời gian hoặc theo tín hiệu khác.
Cathode ray oscilloscopes sử dụng các điểm sáng do tia electron tạo ra, và điểm sáng này di chuyển theo sự thay đổi của lượng đầu vào. Tại đây, một câu hỏi phải xuất hiện trong tâm trí chúng ta rằng tại sao chúng ta chỉ sử dụng tia electron? Lý do đằng sau điều này là tác động thấp của tia electron có thể được sử dụng để theo dõi sự thay đổi của giá trị tức thời của lượng đầu vào thay đổi nhanh chóng. Các dạng chung của cathode ray oscilloscope hoạt động dựa trên điện áp.
Vì vậy, lượng đầu vào mà chúng ta đã đề cập ở trên là điện áp. Ngày nay, với sự giúp đỡ của biến đổi, có thể chuyển đổi các đại lượng vật lý như dòng điện, áp suất, gia tốc v.v. thành điện áp, do đó cho phép chúng ta có các biểu diễn trực quan của các đại lượng này trên cathode ray oscilloscope. Bây giờ hãy xem chi tiết về cấu trúc của cathode ray oscilloscope.
Cấu trúc của Cathode Ray Oscilloscope
Phần chính của cathode ray oscilloscope là ống cathode ray, còn được gọi là trái tim của cathode ray oscilloscope.
Hãy thảo luận về cấu trúc của ống cathode ray để hiểu rõ hơn về cấu trúc của cathode ray oscilloscope. Cơ bản, ống cathode ray bao gồm năm phần chính:
Súng electron
Hệ thống tấm lệch
Màn hình huỳnh quang
Bao kính
Đế
Bạn sẽ cần tất cả 5 thành phần này để xây dựng oscilloscope DIY của riêng mình. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về 5 thành phần này:
Súng Electron:
Đó là nguồn của tia electron được tăng tốc, cung cấp năng lượng và tập trung. Nó bao gồm sáu phần, bao gồm bộ gia nhiệt, cathode, lưới, anode tiền tăng tốc, anode tập trung và anode tăng tốc. Để đạt được sự phát xạ electron cao, lớp oxit barium (được phủ lên đầu cathode) được gia nhiệt gián tiếp ở nhiệt độ vừa phải. Sau đó, electron đi qua một lỗ nhỏ gọi là lưới kiểm soát, được làm bằng nickel. Như tên gọi, lưới kiểm soát với điện thế âm, kiểm soát số lượng electron hoặc gián tiếp nói, cường độ của electron phát xạ từ cathode. Sau khi đi qua lưới kiểm soát, những electron này được tăng tốc nhờ anode tiền tăng tốc và anode tăng tốc. Anode tiền tăng tốc và anode tăng tốc được kết nối với điện thế dương chung 1500 volt.
Bây giờ, chức năng của anode tập trung là tập trung tia electron được tạo ra. Anode tập trung được kết nối với điện thế điều chỉnh 500 volt. Có hai phương pháp tập trung tia electron và được viết dưới đây:
Tập trung tĩnh điện.
Tập trung từ trường.
Ở đây, chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về phương pháp tập trung tĩnh điện.
Tập trung tĩnh điện
Chúng ta biết rằng lực tác dụng lên electron được cho bởi – qE, trong đó q là điện tích của electron (q = 1.6 × 10-19 C), E là độ mạnh điện trường và dấu âm cho thấy hướng lực ngược lại so với điện trường. Bây giờ, chúng ta sẽ sử dụng lực này để lệch tia electron ra khỏi súng electron. Hãy xem xét hai trường hợp:
Trường hợp Một
Trong trường hợp này, chúng ta có hai tấm A và B như được hiển thị trong hình.
Tấm A ở điện thế +E trong khi tấm B ở điện thế –E. Hướng của điện trường từ tấm A đến tấm B vuông góc với bề mặt của tấm. Các mặt đẳng điện cũng được hiển thị trong sơ đồ, vuông góc với hướng của điện trường. Khi tia electron đi qua hệ thống tấm này, nó lệch theo hướng ngược lại của điện trường. Góc lệch có thể dễ dàng thay đổi bằng cách thay đổi điện thế của các tấm.
Trường hợp Hai
Ở đây, chúng ta có hai xy-lanh đồng tâm với hiệu điện thế được áp dụng giữa chúng như được hiển thị trong hình.
Hướng tổng cộng của điện trường và các mặt đẳng điện cũng được hiển thị trong hình. Các mặt đẳng điện được đánh dấu bằng các đường nét đứt, có hình cong. Bây giờ, chúng ta quan tâm đến việc tính toán góc lệch của tia electron khi nó đi qua mặt đẳng điện cong. Hãy xem xét mặt đẳng điện S như được hiển thị dưới đây. Điện thế bên phải của mặt là +E trong khi điện thế bên trái của mặt là –E. Khi tia electron chiếu vào góc A so với pháp tuyến thì nó lệch đi góc B sau khi đi qua mặt S như được hiển thị trong hình dưới đây. Thành phần pháp tuyến của vận tốc của tia sẽ tăng do lực tác dụng theo hướng pháp tuyến của mặt. Điều này có nghĩa là vận tốc tiếp tuyến sẽ không thay đổi, do đó bằng cách cân bằng các thành phần tiếp tuyến, chúng ta có V1sin (A) = V2sin(B), trong đó V1 là vận tốc ban đầu của electron, V2 là vận tốc sau khi đi qua mặt. Bây giờ, chúng ta có mối quan hệ như sin(A)/sin(B)=V2 / V1.
Từ phương trình trên, chúng ta có thể thấy có sự uốn cong của tia electron sau khi đi qua mặt đẳng điện. Do đó, hệ thống này cũng được gọi là hệ thống tập trung.
Lệch tĩnh điện
Để tìm ra biểu thức cho sự lệch, hãy xem xét một hệ thống như được hiển thị dưới đây:
Trong hệ thống trên, chúng ta có hai tấm A và B, lần lượt ở điện thế +E và 0. Các tấm này cũng được gọi là tấm lệch. Trường điện được tạo ra bởi các tấm này theo hướng trục y dương và không có lực dọc theo trục x. Sau các tấm lệch, chúng ta có màn hình để đo độ lệch tổng cộng của tia electron. Bây giờ, hãy xem xét tia electron đi dọc theo trục x như được hiển thị trong hình. Tia electron lệch đi góc A do sự hiện diện của điện trường và lệch theo hướng dương của trục y như được hiển thị trong hình. Bây giờ, hãy dẫn xuất một biểu thức cho độ lệch của tia này. Theo bảo toàn năng lượng, chúng ta có sự mất năng lượng tiềm năng khi electron di chuyển từ cathode đến anode tăng tốc nên bằng với sự tăng năng lượng động của electron. Toán học, chúng ta có thể viết,
Trong đó, e là điện tích của electron,
E là hiệu điện thế giữa hai tấm,
m là khối lượng của electron,
và v là vận tốc của electron.
Vì vậy, eE là sự mất năng lượng tiềm năng và 1/2mv1/2 là sự tăng năng lượng động.
Từ phương trình (1), chúng ta có vận tốc v = (2eE/m)1/2.
Bây giờ, chúng ta có độ mạnh điện trường dọc theo trục y là E/d, do đó lực tác dụng dọc theo trục y được cho bởi F = eE/d, trong đó d là khoảng cách giữa hai tấm lệch.
Do lực này, electron sẽ lệch dọc theo trục y và giả sử độ lệch dọc theo trục y là D, được đánh dấu trên màn hình như được hiển thị trong hình. Do lực F, có gia tốc tổng lên theo trục y dương và gia tốc này được cho bởi Ee/(d × m). Vì vận tốc ban đầu dọc theo trục y dương là 0, do đó theo phương trình chuyển động, chúng ta có thể viết biểu thức của chuyển dịch dọc theo trục y là,
Vì vận tốc dọc theo trục x là hằng số, do đó chúng ta có thể viết chuyển dịch là,
Trong đó, u là vận tốc của electron dọc theo trục x.
Từ phương trình 2 và 3, chúng ta có,
Đó là phương trình quỹ đạo của electron. Bây giờ, bằng cách lấy đạo hàm của phương trình 4, chúng ta có độ dốc, tức là,
Trong đó, l là chiều dài của tấm.
Độ lệch trên màn hình có thể được tính như,
Khoảng cách L được hiển thị trong hình trên. Biểu thức cuối cùng của D có thể được viết là,
Từ biểu thức của độ lệch, chúng ta có thể tính độ nhạy lệch như,
Graticule: Đây là lưới các đường, chức năng của nó là phục vụ như một thước đo khi cathode ray oscilloscope được sử dụng để đo biên độ. Có ba loại graticule và chúng được liệt kê dưới đây:
Graticule nội:
Graticule nội, như tên gọi, được phủ trên bề mặt bên trong của mặt trước ống cathode ray. Không có vấn đề về lỗi parallax nhưng chúng ta không thể thay đổi graticule nội vì chúng cố định.
