Электронно-лучевая трубка.

Если в аноде вакуумного триода сделать отверстие, то часть электро­нов, испущенных катодом, пролетит сквозь это отверстие. Их движением далее можно управлять с помощью электрических и магнитных полей. Прибор, в котором используется пу­чок электронов, свободно летящих в пространстве за анодом, называется электронно-лучевой трубкой.

Источником электронов в элек­тронно-лучевой трубке (рис.2) служит ка­тод 1, нагреваемый нитью накала. Электроны разгоняются элект­рическим полем между катодом и двумя анодами 2. Изменяя на­пряжение на аноде 2, можно фоку­сировать электронный пучок 5, т. е. изменять площадь поперечного сече­ния электронного пучка на экране. Изменяя напряжение между катодом 1 и управляющим электродом 2, можно изменять интенсивность электронного пучка (яркость пятна на эк­ране). Понижение потенциала управляющего электрода относительно потенциала катода препятствует прохождению электронов от катода к аноду и вызывает ослабление интенсивности электронного пучка 5.

Внутренняя поверхность стеклян­ного баллона электронно-лучевой трубки напротив анода, покрытая тонким слоем кристаллов, представ­ляет экран 6. Поток электронов, про­летевших через отверстие в аноде электронно-лучевой трубки – элект­ронный пучок,– при ударе вызывает свечение кристаллов, и сквозь стекло экрана видно светящееся пятно в месте по­падания электронов на экран.

С помощью электрических или магнитных полей можно управлять движением электронов на их пути и заставить электронный пучок «ри­совать» любую картину на экране.

В трубке электронно-лучевого ос­циллографа между анодом и экра­ном находятся две пары параллель­ных металлических пластин 3 и 4. Эти пластины называются управляю­щими электродами. Одна пара плас­тин расположена вертикально, а дру­гая горизонтально. Если подать на­пряжение на вертикально располо­женные пластины, то электронный пучок будет отклоняться в горизон­тальном направлении, подача напря­жения на горизонтальные пластины вызывает вертикальное смещение пучка.

Если между горизонтально расположенными отклоняющими пластина­ми 3 подано напряжение U, то, пролетая между ними, электрон движет­ся с ускорением

(1)

где е — заряд электрона; d — расстояние между пластинами.

Через интервал времени , в течение которого электрон движется между отклоняющими пластинами длиной l, проекция скорости элек­трона υ_y установится равной:

. (2)

За время t движения от пластин до экрана ( ) электрон смеща­ется в вертикальном направлении на расстояние

, (3)

где L — расстояние от пластин до экрана.

Коэффициент пропорциональности К в последнем выражении являет­ся для данного осциллографа постоянной величиной. Он называется чув­ствительностью пары отклоняющих пластин и выражается в миллиметрах на вольт (мм/В).

Так как отклонение электронного луча y пропорционально напряже­нию U, приложенному к пластинам, то при известной чувствительности осциллограф может быть использован как вольтметр для измерения как постоянных, так и быстроизменяющихся напряжений.

Аналогично при подаче напряжения на вертикально расположенные пластины 4 луч смещается в горизонтальной плоскости, причем смещение x пропорционально приложенному напряжению.

Развертка

Для исследования быстропеременных электрических процессов в осциллографе осуществляется раз­вертка – равномерное перемещение электронного пучка по горизонтали с быстрым отбросом назад. Для того чтобы пучок перемещался вдоль горизонтальной оси с постоянной ско­ростью, напряжение на вертикально отклоняющих пластинах должно из­меняться линейно по времени, а для быстрого возвращения пучка в ис­ходное положение напряжение долж­но очень быстро падать до нуля. Такое напряжение носит название пилообразного.

Рассмотрим принцип наблюдения процессов, изменяющихся во времени, на экране.

Предположим, что в момент t₀ к вертикаль­ным пластинам приложено напряжение, линейно изменяющееся во времени, т. е. . Тогда пятно будет двигаться по экрану с постоянной скоростью ( ) в горизон­тальном направлении. Если в тот же момент t₀ к горизонтальным пластинам подключить исследуемое переменное напряжение U(t), то на экране получится кривая зависимости U от времени в интер­вале времени от t₀ до t_x — момент времени, когда пятно достигает края экрана. Если U(t) — периодическая функция с периодом , то, заставив луч в момент t_x мгновенно возвра­титься в исходное положение А (рис. 3) и повторив развертку с по­стоянной скоростью до точки В, мы увидим на экране второй период изменения величины U(t).

Таким образом, смещая луч от точки А до точки В вдоль гори­зонтальной оси с постоянной скоростью, а потом мгновенно возвра­щая его от В к А и повторяя такую развертку многократно, можно увидеть на экране неподвижную картину изменения U(t) в течение одного периода, если время движения пятна по экрану от А до В ( ) равно периоду изменения U(t). Если , где п — целое число, то на экране мы получим п периодов изменения величины U(t).

После всего сказанного нетрудно видеть, что график изменения во времени напряжения развертки должен иметь вид, изображенный на рис.4, то есть быть пилообразным. Для получения такого напряжения в осциллографе смонтирован генератор пилообраз­ного напряжения.

Синхронизация.

Для получения неподвижного изображения на экране необходимо, чтобы в периоде генератора развертки укладывалось целое число перио­дов исследуемого процесса (Т_р=пТ), в противном случае картина не будет неподвижна. Поэтому иссле­дуемый сигнал с данным перио­дом Т_о подают на осциллограф и, меняя период развертки Т_р, подбирают его таким, что . Однако вследствие возможной нестабильности частоты генератора развертки нельзя ручаться за сохранение указанного равенства и в дальнейшем. Поэтому колебания генератора развертки син­хронизируются с другими, более стабильными колебаниями.

При исследовании процессов высокой частоты получить без синхронизации устойчивое изображение процесса очень трудно.