Осциллографическая электронно-лучевая трубка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Осциллографическая трубка»)
Перейти к: навигация, поиск
Осциллографическая трубка

Осциллографическая электронно-лучевая трубкаэлектронно-лучевая трубка, предназначенная для отображения на люминесцентном экране электрических сигналов. Изображение на экране служит не только для визуальной оценки формы сигнала, но и для измерения его параметров, а в некоторых случаях — для фиксации его на фотоплёнку.

Физические принципы работы и особенности конструкции[править | править вики-текст]

Осциллографическая ЭЛТ представляет собой вакуумированную стеклянную колбу, внутри которой находятся электронная пушка, отклоняющая система и люминесцентный экран. Электронная пушка предназначена для формирования узкого пучка электронов и его фокусировки на экран. Электроны испускаются катодом косвенного накала с подогревателем за счет явления термоэлектронной эмиссии. Интенсивность электронного пучка и следовательно яркость пятна на экране регулируется отрицательным относительно катода напряжением на управляющем электроде. Первый анод служит для фокусировки, второй для ускорения электронов. Управляющий электрод и система анодов образуют фокусирующую систему.

Отклоняющая система состоит из двух пар пластин, расположенных горизонтально и вертикально. К горизонтальным пластинам, которые называются пластинами вертикального отклонения, прикладывается исследуемое напряжение. К вертикальным пластинам, которые называются пластинами горизонтального отклонения, прикладывается пилообразное напряжение от генератора развёртки. Под влиянием образующегося электрического поля летящие электроны отклоняются от своей первоначальной траектории пропорционально приложенному напряжению. Светящееся пятно на экране ЭЛТ рисует форму исследуемого сигнала. Благодаря пилообразному напряжению пятно движется по экрану слева направо.

Если на вертикальные и горизонтальные отклоняющие пластины подать два различных сигнала, то на экране можно наблюдать фигуры Лиссажу.

На экране ЭЛТ можно наблюдать различные функциональные зависимости, например вольт-амперную характеристику двухполюсника, если подать на пластины горизонтального отклонения сигнал, пропорциональный приложенному к нему изменяющемуся напряжению, а на пластины вертикального отклонения — сигнал, пропорциональный протекающему через него току.

В осциллографических ЭЛТ применяется электростатическое отклонение луча, потому что исследуемые сигналы могут иметь произвольную форму и широкий частотный спектр, и применение в этих условиях электромагнитного отклонения невозможно из-за зависимости импеданса отклоняющих катушек от частоты.

В осциллографических ЭЛТ нередко применяется магнитная фокусировка электронного луча, которая позволяет достичь меньшего размера точки на экране. (См. статью электронная пушка).

Трубки «низкочастотного» диапазона (до 100 МГц)[править | править вики-текст]

Электростатическая система отклонения таких трубок состоит из двух пар отклоняющих пластин, вертикального и горизонтального отклонения, находящихся внутри ЭЛТ.

При наблюдении сигналов, имеющих частотный спектр менее 100 МГц, можно пренебречь временем пролёта электронов сквозь отклоняющую систему. Время пролёта электронов оценивается формулой:

где и  — соответственно заряд и масса электрона,  — длина пластин,  — напряжение анода.

Отклонение луча в плоскости экрана пропорционально приложенному к пластинам напряжению (считая, что за время пролёта электронов в поле отклоняющих пластин напряжение на пластинах остаётся постоянным):

где  — расстояние от центра отклонения пластин до экрана,  — расстояние между пластинами.

Для снижения паразитной индуктивности выводов отклоняющей системы её выводы часто делаются не на цоколе трубки, а в непосредственной близости от пластин.

В ЭЛТ, используемых для наблюдения редко повторяющихся и однократных сигналов, применяются люминофоры с длительным временем послесвечения.

Трубки диапазона свыше 100 МГц[править | править вики-текст]

Для быстро меняющихся сигналов синусоидальной формы чувствительность к отклонению начинает уменьшаться, а при приближении периода синусоиды к времени пролёта чувствительность отклонения падает до нуля. В частности, при наблюдении импульсных сигналов, имеющих широкий спектр (период верхней гармоники равен или превышает время пролёта), указанный эффект приводит к искажению формы сигнала из-за разной чувствительности отклонения к разным гармоникам. Увеличением анодного напряжения или уменьшением длины пластин можно сократить время пролёта и уменьшить эти искажения, но при этом падает чувствительность к отклонению. Поэтому для осциллографирования сигналов, частотный спектр которых превышает 100 МГц, отклоняющие системы делаются в виде линии бегущей волны, обычно спирального типа. Сигнал подаётся на начало спирали и виде электромагнитной волны движется вдоль оси системы с фазовой скоростью :

где  — скорость света,  — шаг спирали,  — длина витка спирали. В результате можно исключить влияние времени пролёта, если выбрать скорость пролёта электронов равной фазовой скорости волны в направлении оси системы.

Для уменьшения потерь мощности сигнала выводы отклоняющей системы таких ЭЛТ делаются коаксиальными. Геометрия коаксиальных вводов подбирается так, чтобы их волновое сопротивление соответствовало волновому сопротивлению спиральной отклоняющей системы.

Трубки с послеускорением[править | править вики-текст]

Для увеличения чувствительности к отклонению надо иметь невысокое анодное напряжение, однако это приводит к уменьшению яркости изображения из-за снижения скорости электронов. Поэтому в осциллографических ЭЛТ применяют систему послеускорения. Она представляет собой систему электродов, расположенную между отклоняющей системой и экраном, в виде токопроводящего покрытия, нанесённого на внутреннюю поверхность корпуса ЭЛТ.

Трубки с усилителем яркости[править | править вики-текст]

В широкополосных ЭЛТ, работающих в диапазоне несколько ГГц, для увеличения яркости без потери чувствительности, применяют усилители яркости. Усилитель яркости представляет собой микроканальную пластину, расположенную внутри ЭЛТ перед люминесцентным экраном. Пластина изготовлена из специального полупроводящего стекла с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Электроны пучка, попадая в каналы (диаметр которых много меньше их длины) выбивают из его стенок вторичные электроны. Они ускоряются полем, создаваемым металлическим покрытием на торцах пластины и, попадая на стенки канала, выбивают новые электроны. Общий коэффициент усиления микроканального усилителя может составлять 105… 106. Однако, из-за накопления зарядов на стенках каналов, микроканальный усилитель эффективен только для импульсов наносекундного диапазона, однократных или следующих с малой частотой повторения.

Шкала[править | править вики-текст]

Для измерения параметров сигнала, воспроизводимого на экране ЭЛТ, отсчёт должен производиться по шкале с делениями. При нанесении шкалы на наружнюю поверхность экрана ЭЛТ, точность измерений снижается из-за параллакса, вызванного толщиной экрана. Поэтому в современных ЭЛТ шкала делается непосредственно на внутренней поверхности экрана, то есть практически совмещается с изображением сигнала.

Трубки для фотографической регистрации[править | править вики-текст]

Для повышения качества контактного фотографирования сигнала, экран делается в виде стекловолоконного диска. Это решение позволяет переносить изображение с внутренней поверхности на внешнюю с сохранением его чёткости. Расплывание изображения при этом ограничивается диаметром стекловолоконных нитей, который обычно не превышает 20 мкм. В ЭЛТ, предназначенных для фоторегистрации, применяются люминофоры, спектр излучения которых согласован со спектральной чувствительностью фотоплёнки.

Литература[править | править вики-текст]

  • Вуколов Н. И., Гербин А. И., Котовщиков Г. С. Приёмные электронно-лучевые трубки : Справочник.. — М.: Радио и связь, 1993. — 576 с. — ISBN 5-256-00694-0.
  • Жигарев А. А., Шамаева Г. Т. Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы: Учебник для вузов. — М.: Высшая школа, 1982. — 463 с., ил.