ОБЩАЯ ФИЗИКА МАГНИТИЗМ И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО (С.П. Степина, Н.Б. Бутко - Лабораторный практикум по курсу Общая физика. Электричество и магнетизм (исправленное издание 2018)), страница 7

Рис. 1. Схема электростатической электронно-лучевой трубки; 1 — электронная пушка (обведена пуюстиром), 1 — подогрев, 3 — катод, 4- эмитирующая поверхность катода, 5 — фокусирующий цилиндр (управляющая сетка), б — первый анод (фокусируюший), 7- второй анод (ускоряющий), 8 — горизонтально отклоняющие пластины, 9 — вертикально отклоняющие пластины, 10 — флуоресцнрующий экран, П вЂ” управление фокусировкой, 12 — управление яркостью 59 Электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянную колбу, откачанную до высокого вакуума (около 10 ~ мм рт.

ст.), внутри которой находятся: электронная пушка (1), две пары отклоняющих пластин (8 и 9), расположенных' в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях, и флуоресцирующий экран (1 О) ~рис, 1). г Электронной пушкой называется часть трубки, дающая сфокусированный пучок электронов. Она состоит из следунлцих основных деталей: 1) катод косвенного накала, служащий источником, с электронов. Его плоская поверхность, покрьггая пленкой: в окиси металла (например, бария) и подогреваемая нитью на-:.

а кала, при нагревании испускает электроны; 2) фокусирующий цилиндр, на который подается отрицательный потенциал относительно катода, регулирует .: г интенсивность электронного пучка (количество электронов в '; г единицу времени), а следовательно, и яркость светящегося р пятна на экране. Фокусирующий цилиндр действует как,, э управляющая сетка в электронной лампе, Он связан с ручкой в «яркость» на панели осциллографа; Л 3) первый (фокусирующий) и второй ~ускоряющий): у аноды. Напряжение, приложенное к первому и второму ано- '. Я дам, ускоряет электроны и концентрирует их в узкий пучок. а Поле между катодом, фокусирующим цилиндром и первым анодом образует объективную электронную линзу, окуляр-, т ная электронная линза образуется полем первого и второго .

и анодов. н Большинство эмитируемых с катода электронов на-: н правляется вдоль оси трубки электрическим полем между ' в катодом и фокусирующим цилиндром. Электроны, получив-, н шие правильное направление движения, проходят через от- . и верстие фокусирующего цилиндра и под действием электри- н ческого поля, которое образуется благодаря напряжениям, ' с.

приложенным к катоду, управляющей сетке и первому аноду, б сходятся в точке А вблизи него. После точки А электроны Т 60 к- ~ ю ~ и ~ э- 1 я 1 г $ г 1 ) расходятся, так как напряженность поля внутри первого анода равна нулю. В области между первым и вторым анодами поле снова искривляет траектории электронов, приближая их к оси трубки. Траектории электронов после прохождения.поля между первым и вторым анодами более пологи (вследствие большей скорости электронов) и фокусируются в точке В. Если эта точка находится на поверхности экрана, то пучок называется сфокусированным. Аноды имеют форму цилиндров или дисков с отверстиями в центре или представляют собой комбинацию дисков или цилиндров.

Перегородки внутри первого и второго анодов служат для улавливания электронов, не удовлетворяющих условиям фокусировки. Экран трубки представляет собой слой флуоресцирующего вещества (например, вольфрамово-кислого кальция,, фосфористого сульфида цинка), нанесенного на. внутренней стороне трубки. Точка экрана,на которую попадают электроны, светится, и мы видим место попадания электронов. В зависимости от состава экрана пятно может быть белого, зеленого илн синего цвета. Испускание света после удара электрона обычно длится в течение долей секунды, Для увеличения времени послесвечения существуют специальные экраны. Цифрами 8 и 9 на рис. 1 отмечены вмонтированные в трубку горизонтально и вертикально отклоняющие пластины.

Если к пластинам какой-либо пары приложено напряжение, то электронный луч отклоняется, Величина этого отклонения пропорциональна напряжению между пластинами. На вертикально расположенные пластины 8 подается обычно напряжение от генератора развертки, которое заставляет пятно двигаться на экране в горизонтальной плоскости. Если на пару горизонтально расположенных пластин 9 подать исследуемое периодически меняющееся напряжение, то пятно будет перемещаться по экрану в вертикальной плоскости.

Таким образом, одновременное действие обеих пар пластин 61 на электронный луч позволяет наблюдать на экране изменение исследуемого напряжения во времени. Если период напряжения развертки равен или кратен периоду исследуемого напряжения, картина за период развертки будет полностью повторяться, и мы увидим на экране неподвижную кривую. 3. Питание электронно-лучевых трубок На фокусирующий (первый) анод обычно подается напряжение в несколько раз меньшее напряжения второго анода.

На управляющий электрод (сетку) подается отрицательное напряжение, в несколько десятков раз меньшее,чем напряжение на втором аноде. Анодный ток в трубке не превышает 0,5 мА. 4. Чувствительность трубки Чувствительностью трубки к напряжению называют отклонение (в миллиметрах) пятна на экране, вызванное разностью потенциалов в 1 В на отклоняющих пластинах.

Рассчитаем зависимость чувствительности от параметров трубки. Допустим, что управляющие пластины параллельны, а электрическое поле однородно и перпендикулярно к плоскости пластин (рис. 2). 8лт оды ангру Рис, 2. Действие отклоняющих пластин 62 ай~~ Ут— ускорение его еЯ вам а = — = —. т тй (2) Здесь е и т — заряд и масса электрона, а Š— напряженность электрического поля между пластинами, Г1 — время пролета электрона между пластинами, определяемое соот- ношением (3) где ю, — горизонтальная составляющая скорости.

Эта состав- ляющая скорости определяется из условия 2 — = еУ, тю„. г откуда зеи У х (4) Подставляя (2) и (3) в (1), получим и р2 У1 Отклонение уз в области вне пластин может быть записано в виде у2 пуг2~ Пусть 1 — длина пластин в см, а' — расстояние между пластинами в см, Х вЂ” расстояние от конца пластин до экрана, У вЂ” потенциал второго анода по отношению к катоду, Уа— разность потенциалов между отклоняющими пластинами А и В. Тогда, очевидно, в области между пластинами по оси 1' электрон движется равноускоренно, и его смещение по оси 1' при выходе из области между пластинами будет равно где пз, есть скорость по оси У, которую электрон приобретает при вылете из пространства между пластинами.

Очевидно, эта скорость из, = аг1, а время пролета электроном расстояния Х г 2 Подставляя значения а, г~ и гз в формулу (5), получим для уз выражение (6) откуда полное отклонение у = у, + уз запишется в виде Подставляя и~ из (4), получим пап 20»' а чувствительность К= — =— я ш и„зла' (8) 64 Из формулы (8) видно, что чувствительность зависит от расстояния пластин до экрана и от напряжения на втором аноде. Вышеприведенный вывод для чувствительности отклонения сделан при упрощающих предположениях.

На практике пластины, применяемые в электронно-лучевых трубках, не параллельны, а изогнуты, чтобы уменьшить краевые эффекты. Однако основной результат — прямая пропорциональность между отклонением электронного луча и напряжениях на пластинах — при этом не меняется. 5. Генератор пилообразного напряжения Как уже было установлено, отклонение пятна на экране линейно зависит от величины отклоняющего напряжения, приложенного к соответствующим пластинам трубки (например, вертикальным), то есть у = соты1 Ул, где сопиев величина, зависящая от геометрических параметров трубки и ускоряющего напряжения.

Рассмотрим принцип наблюдения процессов, изменяющихся во времени, на экране. Предположим, что в момент Го к вертикальным пластинам приложено напряжение, линейно изменяющееся во ало времени, то есть — = сотыг. Тогда пятно будет двигаться ог по экрану с постоянной скоростью ~ — = сотый) в горизонтах ~лг тальном направлении. Если в тот же момент Го к горизонтальным пластинам подключить исследуемое переменное напряжение У(~), то на экране получится кривая зависимости У от времени в интервале времени от Го до Гз; Гз — момент времени, когда пятно достигает края экрана. Если Цг) — периодическая функция с периодом Т, равным (гз — Го), то, заставив луч в момент Гз 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 У(1) .