Oskilloskoopin katodisädeputki

Oskilloskoopin katodisädeputki on katodisädeputki (CRT), joka on suunniteltu näyttämään sähköisiä signaaleja fluoresoivalla näytöllä. Näytöllä oleva kuva ei palvele vain signaalin muodon visuaalista arviointia, vaan myös sen parametrien mittaamista ja joissain tapauksissa sen kiinnittämistä filmille.

Fyysiset toimintaperiaatteet ja suunnitteluominaisuudet

Oskilloskooppi CRT on tyhjennetty lasilamppu, joka sisältää elektronipistoolin , poikkeutusjärjestelmän ja fluoresoivan näytön. Elektronitykki on suunniteltu muodostamaan kapea elektronisuihku ja kohdistamaan se näyttöön. Elektroneja emittoi epäsuorasti lämmitetty katodi lämmittimellä termisen emission ilmiön vuoksi . Elektronisuihkun intensiteettiä ja siten näytön pisteen kirkkautta säätelee negatiivinen jännite suhteessa ohjauselektrodin katodiin - Wehnelt-sylinterin muotoiseen modulaattoriin . Ensimmäistä anodia käytetään elektronisuihkun esikiihdyttämiseen, toista ja kolmatta anodia käytetään myöhempään elektronien kiihdytykseen ja fokusointiin. Ohjauselektrodi ja anodijärjestelmä muodostavat tarkennusjärjestelmän , tätä kiihdytettyä elektronisuihkun muodostusjärjestelmää kutsutaan yleensä elektronitykkiksi . Viimeinen anodeista on kytketty sähköisesti johtavaan kerrokseen, joka on kerrostettu CRT-lasisylinterin - aquadag - kartiomaisen osan päälle . Aquadag on suunniteltu keräämään näytöstä syrjäytyneet toissijaiset elektronit ja elektronisuihkun sähköstaattinen suojaus ulkoisista sähköstaattisista kentistä.

Poikkeutusjärjestelmä koostuu kahdesta parista keskenään kohtisuorassa suunnattuja levyjä, jotka sijaitsevat vaaka- ja pystysuunnassa elektronisuihkun suhteen. Testattava jännite kohdistetaan vaakasuoraan suuntautuneisiin levyihin, joita kutsutaan pystypoikkeutuslevyiksi , ja poikkeutuksen herkkyyden lisäämiseksi tämä levypari sijoitetaan lähemmäksi elektronitykkiä. Pystysuuntaisiin levyihin, joita kutsutaan vaakasuuntaisiksi poikkeutuslevyiksi , käytetään yleisessä sovelluksessa pyyhkäisygeneraattorin sahanhammasjännitettä näyttämään prosesseja ajan funktiona . Poikkeutuslevyjen välisen sähkökentän vaikutuksesta elektronisäde poikkeaa alkuperäisestä liikeradastaan suhteessa syötettyyn jännitteeseen. CRT-näytön valopiste siirtyy kahta keskenään kohtisuoraa koordinaattia pitkin ja näyttää tutkittavan signaalin muodon. Koska eteenpäin suuntautuvan iskun sahajännite vaihtelee lineaarisesti ajan myötä, myös näytön valopiste liikkuu tasaisella nopeudella näytön poikki, yleensä vasemmalta oikealle havainnoinnin helpottamiseksi. Tätä poikkeamatapaa kutsutaan aikapyyhkäisyksi .

Jos kaksi erilaista sinimuotoista signaalia syötetään pysty- ja vaakapoikkeutuslevyihin, Lissajous-luvut näkyvät näytöllä , joita käytetään taajuuksien vertailuun.

Poikkeutusjännitteiden luonnetta muuttamalla CRT-näytöllä voidaan havaita erilaisia toiminnallisia riippuvuuksia, esimerkiksi kaksinapaisen verkon virta-jännite-ominaiskäyrä , jos siihen syötetään signaali, joka on verrannollinen siihen kohdistuvan jännitteen muuttumiseen. poikkeutuslevypareista ja toiseen poikkeutuslevypariin syötetään signaali, joka on verrannollinen toisen poikkeutuslevyparin läpi virtaavaan jännitteeseen. Tätä menetelmää käytetään erikoislaitteissa - karakterografeissa .

Oskilloskooppi CRT:t käyttävät sähköstaattista säteen poikkeutusta, koska tutkittavilla signaaleilla voi olla mielivaltainen muoto ja laaja taajuusspektri , ja sähkömagneettisen poikkeutuksen käyttö oskilloskoopin CRT:issä ei ole mahdollista poikkeutuskelan impedanssin taajuusriippuvuuden vuoksi , mikä rajoittaa poikkeamaa. nopeus.

Oskilloskooppi CRT:t käyttävät yleensä elektronisäteen sähköstaattista fokusointia, mutta erikoistuneet oskilloskooppi CRT:t käyttävät joskus elektronisäteen magneettista tarkennusta saavuttaakseen elektronisäteen paremman tarkennuksen näytöllä. (Katso lisätietoja artikkelista elektroniase ) .

CRT "matalataajuus" (jopa 100 MHz)

Tarkasteltaessa signaaleja, joiden taajuusspektrin leveys on alle 100 MHz, elektronien lentoaika poikkeutusjärjestelmän läpi voidaan jättää huomiotta. Elektronien lentoaika lasketaan kaavalla:

t\approx l{\sqrt {\frac {m}{2eU_{a))))),

missä ja ovat vastaavasti elektronin varaus ja massa;

e

m

l

on levyjen pituus elektronisuihkua pitkin;

U_{a}

on anodijännite.

Säteen taipuma näytön tasossa on verrannollinen levyihin syötettyyn jännitteeseen (olettaen, että levyjen jännite pysyy vakiona elektronien lennon aikana poikkeutuslevyjen kentässä): $\Delta$ $U_{OT}$

\Delta ={\frac {U_{OT}lD}{2U_{a}d)),

missä on etäisyys levyjen poikkeaman keskipisteestä näyttöön;

D

d

on levyjen välinen etäisyys.

Poikkeutuslevyjen johtimien parasiittisen induktanssin vähentämiseksi niiden sähköjohdot tuodaan usein ei putken pohjalle, vaan levyjen välittömään läheisyyteen.

Harvoin toistuvien ja yksittäisten signaalien tarkkailuun käytetyissä CRT-laitteissa käytetään pitkää jälkihohtoaikaa omaavia loisteaineita .

CRT yli 100 MHz

Nopeasti muuttuvilla siniaaltomuodoilla poikkeutusherkkyys alkaa pienentyä, ja siniaallon jakson lähestyessä lentoaikaa poikkeutusherkkyys putoaa nollaan. Erityisesti tarkasteltaessa laajaspektrisiä pulssisignaaleja (korkeataajuisten spektrikomponenttien taajuus on yhtä suuri tai suurempi kuin lentoajan käänteisluku), tämä vaikutus johtaa havaitun signaalin muodon vääristymiseen eri herkkyyden vuoksi. poikkeama eri spektrikomponentteihin. Anodin jännitteen lisääminen tai levyjen pituuden pienentäminen voi lyhentää lentoaikaa ja vähentää näitä vääristymiä, mutta tämä vähentää taipumaherkkyyttä. Siksi sellaisten signaalien oskillografiassa, joiden taajuusspektri ylittää 100 MHz, poikkeutusjärjestelmät tehdään kulkevan aaltolinjan muodossa, yleensä spiraalityyppisenä. Signaali syötetään alkuun spiraalin elektronisäteen kulkua pitkin ja sähkömagneettisen aallon muodossa liikkuu poikkeutusjärjestelmää pitkin vaihenopeudella : $v_{f}$

v_{f}={\frac {ch_{c}}{l_{c}}},

missä on valon nopeus, on kierteen nousu, on kierteen kierroksen pituus. Tämän seurauksena lentoajan vaikutus voidaan eliminoida, jos elektronin nopeus valitaan yhtä suureksi kuin aallon vaihenopeus järjestelmän akselin suunnassa.

c

h_{c}

l_{c}

Signaalin tehohäviöiden vähentämiseksi tällaisten CRT:iden poikkeutusjärjestelmän päätelmät tehdään koaksiaalisesti . Koaksiaaliholkkien geometria valitaan siten, että niiden aaltoresistanssi vastaa spiraalipoikkeutusjärjestelmän aallonvastusta.

Putket jälkikiihdytyksellä

Poikkeutusherkkyyden lisäämiseksi säteen elektroninopeuden on oltava alhainen eli alhainen anodijännite; tämä kuitenkin johtaa kuvan kirkkauden heikkenemiseen elektronienergian vähenemisen ja huonon tarkennuksen vuoksi.

Siksi oskillografisissa CRT:issä käytetään jälkikiihdytysjärjestelmää. Se on elektrodijärjestelmä, joka sijaitsee taittojärjestelmän ja näytön välissä johtavan pinnoitteen muodossa, joka on kerrostettu CRT-lasisäiliön sisäpinnalle. Elektrodijärjestelmä (anodi) voi koostua yhdestä (vaihtoehto a kuvassa) tai useasta anodista (vaihtoehto b kuvassa), jotka kasvavat jännitteet syötetään ulkoisesta resistiivisestä jännitteenjakajasta . Usein käytetään kiihdytyksen jälkeisiä elektrodeja, jotka on tehty kierteisen , korkearesistanssin johtavan nauhan muodossa, joka on kerrostettu sylinterin sisäpinnalle lähelle näyttöä. Kiihdytyksen jälkeen käytettäessä spiraalianodia ei tarvita ulkoista resistiivistä jakajaa ( kuvassa vaihtoehto c ).

Vahvistinputket

Useiden gigahertsien alueella toimivissa laajakaistaisissa CRT:issä kirkkausvahvistimia käytetään kirkkauden lisäämiseen ilman herkkyyden menetystä. Kirkkausvahvistin on mikrokanavalevy, joka sijaitsee CRT:n sisällä fluoresoivan näytön edessä. Levy on valmistettu erityisestä puolijohdelasista, jolla on korkea toisiopäästökerroin. Sädeelektronit, jotka putoavat kanaviin (jonka halkaisija on paljon pienempi kuin niiden pituus), lyövät ulos elektroneja seinistään, jota kiihdyttää levyn päissä olevan metallipinnoitteen luoma sähkökenttä, jonka välissä on korkea jännite. levitetään, ja putoamalla mikrokanavan seinille lyövät pois toissijaiset elektronit , jotka kiihtyvät, puolestaan pudottavat uusia toisioelektroneja, ja tapahtuu elektronivirran lumivyöry. Mikrokanavavahvistimen elektronisen virran kokonaisvahvistus voi olla 10 5 ... 10 6 . Mikrokanavien seinille kertyvien varausten vuoksi mikrokanavavahvistin on kuitenkin tehokas vain nanosekunnin pulsseille, yksittäisille tai seuraaville alhaisella toistotaajuudella.

Mittakaava

CRT-näytöllä toistettavan signaalin parametrien mittaamiseksi lukema on tehtävä asteikolla, jossa on jaot. Kun asteikkoa asetetaan CRT-näytön ulkopinnalle, mittaustarkkuus heikkenee visuaalisen parallaksin vuoksi, joka johtuu siitä, että asteikkoruudukko ja kuva loisteaineella ovat eri tasoissa. Siksi nykyaikaisissa CRT-laitteissa asteikko asetetaan suoraan näytön sisäpinnalle, eli se on käytännössä kohdistettu fosforin signaalikuvaan.

Erikoistetut CRT:t kontaktivalokuvaukseen

Signaalin kosketuskuvauksen laadun parantamiseksi näyttö on valmistettu lasikuitulevyn muodossa. Tämän ratkaisun avulla voit siirtää kuvan sisäpinnalta ulkopinnalle säilyttäen samalla sen selkeyden. Kuvan epäterävyyttä rajoittaa lasikuitufilamenttien halkaisija, joka ei yleensä ylitä 20 µm. Valokuvaukseen tarkoitetuissa CRT:issä käytetään loisteaineita , joiden emissiospektri on yhdenmukainen valokuvamateriaalin spektriherkkyyden kanssa.

Muistiinpanot

↑ Laitteet tietojen näyttämiseen katodisädeputkista

Kirjallisuus

Vukolov N. I., Gerbin A. I., Kotovshchikov G. S. Katodisädeputkien vastaanotto: käsikirja .. - M . : Radio and communication, 1993. - 576 s. - ISBN 5-256-00694-0 .
Zhigarev A. A., Shamaeva G. T. Elektronisäde ja fotoelektroniset laitteet: Oppikirja yliopistoille. - M . : Korkeakoulu, 1982. - 463 s.
Oskillografinen katodisädeputki / G. I. Semenik, M. V. Tsekhonovich // Nikko - Otoliitit. - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1974. - ( Great Soviet Encyclopedia : [30 osassa] / päätoimittaja A. M. Prokhorov ; 1969-1978, osa 18).

elektronisuihkulaitteet
Lähettimet	Dissektori Ikonoskooppi superikonoskooppi Orticon superorticon Vidicon Monoskooppi	Crookes putki
Edistää	Oskilloskoopin putki Kineskooppi laser Eidofor Ilmaisin katodisädeputki Kylttitulostus CRT Kadroskooppi
muistaa	Williamsin putki Bistable Direct View -muistiputki Skiatron Potentiaaliskooppi graphecon Typotron
Elektronimikroskooppi	Raster Läpikuultava Läpinäkyvä rasteri alhainen jännite
Muut	Trochotron Crookes putki Toimiva katodisädeputki Polytron
Pääosat	elektronitykki Lämmitin Katodi Valokatodi Modulaattori kiihdytyselektrodi Tarkennuselektrodi / kela poikkeutusjärjestelmä Kohde Naamio aukon säleikkö varjo naamio Aquadag Getter sokkeli mikrokanavalevy
Käsitteet	elektronisuihku säteiden lähentyminen Fosforin palaminen Skannata