Осциллографические электронно-лучевые трубки.

В осциллографах применяют, как правило, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением и формированием луча. ЭЛТ представляет собой стеклянную вакуумную оболочку с люминесцентным экраном (рис. 5.17). Внутри оболочки расположены: катод с подогревателем; электроды ускорения и фокусировки луча (1-й - 3-й аноды); модулятор яркости светового пятна; пара пластин для отклонения луча по вертикали (ось У); пара пластин, отклоняющих луч по горизонтальной координате (ось X).

Принцип действия ЭЛТ основан на следующем. Электроны, эмитированные с катода, ускоряются и формируются в узкий пучок (электронный луч). Проходя мимо пластин, электронный луч под воздействием приложенного к ним напряжения отклоняется по осям X и Y. Попадая на люминесцентный экран, электроны вызывают свечение в виде яркой точки. Размеры и конфигурацию пластин выбирают так, чтобы смещение светового пятна было пропорционально значениям отклоняющих напряжений, поданных на пластины. При этом световое пятно описывает траекторию, называемую осциллограммой.

Рис. 5.17. Устройство осциллографической электронно-лучевой трубки:

1 - нагреватель; 2 - экран; 3 - вакуумная оболочка; 4 - третий анод; 5 - горизонтально отклоняющие пластины; 6 - вертикально отклоня­ющие пластины; 7 - второй анод; 8 - первый анод; 9 - модулятор; 10 - катод

Основные эксплуатационные параметры ЭЛТ описываются сле­дующими эксплуатационными параметрами:

1. чувствительностью ЭЛТ по осям X и Y ( и ), которая выражается величиной перемещения светового пятна, вызванного отклоняющим напряжением величиной 1 В;

2. полосой пропускания ЭЛТ - диапазоном частот, в пределах которого чувствительность по вертикали составляет не менее 0,707 от максимального значения.

Из-за конечного времени пролета электронов вдоль отклоняющих пластин полоса пропускания ограничена со стороны верхних частот. Для учета этого эффекта используют понятие динамической чувствительности, которая связана со статической чувствительностью, введенной ранее, следующей зависимостью:

(5.35.)

График зависимости динамической чувствительности от частоты приведен на рис. 5.18. Динамическая чувствительность на частотах , (n = 1, 2, …) обращается в нуль. Частоту называют критической; она зависит от значения ускоряющего напряжения и длины пластин.

Полоса пропускания ЭЛТ обычно задается верхней граничной частотой , на которой пролетных явлений, учитываемых соотношением (5.35), на нее влияют емкость пластин и индуктивность их выводов. Поясним это, рассмотрев эквивалентную схему отклоняющих пластин (рис. 5.19). Последовательный контур, образованный паразитными реактивностями и , имеет малое входное сопротивление на частоте собственного резонанса:

(5.36.)

Напряжение на пластинах зависит от частоты по закону, пока­занному на рис. 5.20. Как видно из графика, на частотах выше резо­нансной чувствительность ЭЛТ резко падает. Для повышения резо­нансной частоты уменьшают индуктивность выводов и емкость пластин.

Рассмотренные причины являются факторами, ограничивающи­ми рабочую полосу ЭЛТ широкого применения частотами . Статическая чувствительность их находится в пределах по оси Y.

Рис. 5.20. Зависимость отклоняющего напряжения на пластинах Y от частоты.

Важным параметром ЭЛТ также является размер рабочей части экрана, в пределах которой искажения осциллограммы минимальны. Для улучшения использования площади экрана современные ЭЛТ имеют прямоугольный экран.

К световым параметрам ЭЛТ относят следующие:

1. l) диаметр светового пятна при оптимальной яркости. Этот параметр определяет разрешающую способность ЭЛТ;

2. 2) максимальная яркость свечения экрана. Она зависит от плотности электронного пучка. Яркость регулируется путем изменения отрицательного напряжения на модуляторе;

3. 3) цвет свечения экрана. Чаще всего используют зеленый и желтый цвета, обеспечивающие наименьшую утомляемость глаза оператора. Для фотографирования с экрана применяют ЭЛТ с голубым свечением, к которому более чувствительны фотоматериалы;

4. 4) время послесвечения. Для улучшения визуального восприятия осциллограммы время свечения экрана должно превышать время воздействия на него электронов (послесвечение). Для наблюдения процессов с частотой более 10 Гц используют экраны с послесвечением средней продолжительности - до 100 мс. Для фоторегистрации более предпочтителен люминофор с малым (до 10 мс) послесвечением. При исследовании медленных процессов используют экраны, имеющие послесвечение более 100 мс.