Экраны, покрытые плёнкой алюминия, значительно более устойчивы в отношении ионной бомбардировки. Плёнка алю миния является надёжной преградой для ионов и не пропускает их к люминофору. Поэтому в трубках с алюминированными эк ранами ионное пятно обычно не возникает.
Другим способом защиты от ионного пятна являются ион ные ловушки, устройство которых рассмотрено в § 18.5.
§ 18.5. Типы электронно-лучевых трубок
Осциллографические трубки
Основную группу электронно-лучевых трубок составляют осциллографические трубки, которые служат для исследования быстрых изменений во времени различных токов и напряжений. Осциллографические трубки имеют электростатическое откло нение, так как оно обеспечивает возможность работы в более широком диапазоне частот, чем магнитное отклонение. Фоку сировка луча также электростатическая.
Для анализа формы кривой напряжения его прикладывают к одной паре пластин (Y), а к другой паре пластин (X) подклю чают переменное напряжение, которое изменяется во времени по пилообразной кривой (рис. 18.21). При линейном увеличении этого напряжения (участок ОА) светящееся пятно перемещает ся по экрану, причём величина перемещения пропорциональна
времени. |
Так как в это время на пучок действует и другое (ис- |
и |
в |
|
|
следуемое) напряжение, то пятнышко |
|
|
|
будет прочерчивать на экране график |
S ' |
\ |
/ |
I |
зависимости исследуемого напряжения |
от времени — осциллограмму. При рез- |
/ |
|
|
1 |
/ ( ком падении пилообразного напряже- |
о |
|
|
|
ния (участок АВ) пятнышко почти |
|
Рис. |
18.21 |
|
мгновенно возвращается в своё исход- |
|
|
ное положение. Подбирая период пи |
|
|
|
|
лообразного напряжения (период раз |
вёртки) в целое число раз больше периода исследуемого напря жения, мы получим на экране наложение друг на друга и сов падение отдельных повторяющихся изображений, что даст ус тойчивую картину, пригодную для наблюдения и фотографиро вания.
В трубках с экраном из виллемита визуальное наблюдение
осциллограмм возможно только |
начиная с |
частот |
порядка |
10 -г 20 гц. Для исследования |
более низких |
частот |
следует |
брать трубки, у которых экран обладает длительным послесве чением.
Верхняя граница частотного диапазона осциллографических трубок определяется влиянием времени пролёта электронов в отклоняющей системе на чувствительность трубки, а также
500
влиянием индуктивности вводов и емкостью отклоняющих пластин.
Влияние времени пролёта на чувствительность обусловлено тем, что при больших углах пролёта отклоняющее напряжение успевает существенно измениться за то время, пока электрон находится в отклоняющем поле.
Время пролёта электрона в отклоняющем поле:
Т = А -, |
где щ = л / |
— и о2= 6 - 10’ 1/ ^ 2, |
— • |
о0; |
I/ |
т |
сек |
За время пролёта в отклоняющем поле электрон получит скорость в направлении отклонения
|
|
<1 + |
Т |
|
|
v |
— — 4jl |
Г |
sin со tdt = |
- ^ 1 [cos w t\ — cos (to t\ - f <от)] = |
y~ |
m d |
.) |
|
md(o |
|
|
U |
|
|
|
|
|
(OX |
|
|
|
|
|
sin — |
|
|
|
|
elt_____2_ |
Uvsin И +т) |
|
|
|
mdv0 irn |
|
|
|
|
2 |
|
|
Угол наклона траектории электрона при вылете из поля отклоняющих пластин
, |
dy |
_ J _ |
Цу \ |
_ JVx |
‘8 « = S z = li |
Va |
d i |<= т |
О0 |
Отклонение пятна на экране
. Отсюда, чувствительность трубки |
(пренебрегая |
смещением |
/?1 внутри |
пластин) |
|
|
|
|
|
|
|
|
ha = |
|
|
|
|
|
|
ehh |
sin - |
= flo |
sm - |
(18.19) |
|
|
|
|
|
|
tot |
tot |
„ |
, |
/ |
i\ + |
(ОХ \ |
J |
mdvfa |
|
UУsin |
|
|
|
~2~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где fin — чувствительность трубки при ш = 0. |
показывающий, |
На рис. 18.22 дан |
график |
этой |
функции, |
как изменяется |
чувствительность трубки при увеличении угла |
пролёта электронов в |
отклоняющем |
поле. |
С ростом |
угла про |
лёта чувствительность трубки h'a падает. При углах пролёта
mi = 2тг, 4it, 6тс и т. д. чувствительность оказывается равной нулю.
При исследовании несинусоидальных нестационарных про цессов с составляющими очень высоких частот наличие зависи
мости чувствительности трубки от частоты |
может |
привести |
к сильным искажениям |
формы |
исследуемого |
сигнала. |
Поэтому |
ос- |
циллог р а ф и ч е с к у ю |
трубку можно |
исполь |
зовать только на таких |
частотах, |
где |
измене |
ние |
чувствительности |
ещё невелико. |
Из |
гра |
фика рис. 18.22 видно, |
что при |
углах |
пролёта |
шт < |
— |
уменьшение |
|
4 |
|
|
|
чувствительности еще не превосходит 10%. Полагая такое измене
ние чувствительности допустимым для практических целей, можно оценить предельную частоту осциллографической трубки с электростатическим отклонением.
Угол пролёта
|
|
шт = |
2тг f ~h |
, |
пред |
|
|
|
|
|
|
Ро |
|
|
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t |
|
__ цтпред __ |
Ро |
__ |
*7 с У " , |
Мгц.' |
(18.20) |
' пред |
2тс |
/, |
Я/ |
|
I |
|
|
— |
8‘» |
|
|
|
|
Так как в современных осциллографических трубках длина |
отклоняющих пластин составляет |
1,5-г 2,0 см, a Uа2 |
=1500 ^- |
-ь 2000 в, то |
предельная частота |
получается |
порядка |
150 Мгц. |
В действительности она оказывается ниже из-за влияния индук тивности длинных вводов пластин и их ёмкости.
Для расширения частотного диапазона осциллографических трубок вводы отклоняющих пластин делают непосредственно через горловину колбы, применяют короткие отклоняющие плас тины и высокое ускоряющее напряжение. Применяют также специальные конструкции отклоняющих устройств, в которых отклоняющее поле движется вдоль пучка со скоростью электро нов. Такими мерами возможно расширить частотный диапазон до 500 -** 1000 Мгц и более.
В табл. 18.1 приведены данные некоторых осциллографиче ских трубок, выпускаемых отечественной промышленностью.
Рнс. 18.23
Двухлучевые осциллографические трубки
Визмерительной практике часто бывает необходимо одно временно наблюдать несколько колебательных электрических процессов. Для этой цели изготовляют многолучевые электрон ные осциллографические трубки, из которых двухлучевые полу чили сравнительно большое распространение.
Вдвухлучевой осциллографической трубке, схема которой показана на рис. 18.23, имеются две отдельные системы про
жекторов со своими отклоняющими пластинами. Электронные пучки па дают на один экран, на котором, следовательно, можно наблюдать одновременно две осциллограммы, например, изменения напряжения и тока в какой-либо цепи.
Все отклоняющие пластины име ют отдельные вводы, что позволяет по желанию пользоваться симмет ричной или несимметричной схемой их присоединения. Ближайшие к ка тоду пластины (х) используются для развёртки по оси времени; исследуе мые напряжения подводятся ко вто рым пластинам (у), которые отде лены друг от друга и от пластин х электростатическим экраном.
Для тех электродов, напряжения которых во время работы не прихо дится менять для регулировки и фо кусировки, вводы сделаны общими для обоих прожекторов; такими
электродами являются последние ускоряющие аноды, соединён ные вместе с экраном, и вторые аноды, соединённые вместе с экранирующими электродами. Вводы управляющего электрода и соединённых вместе первого и третьего анодов сделаны для каждого прожектора отдельно, что позволяет регулировать каж дый пучок и, следовательно, каждое изображение на экране по отдельности независимо друг от друга. Кроме описанной систе мы, имеются и другие образцы двухлучевых осциллографов.
В табл. 18.2 приведены данные двухлучевых осциллографических трубок, выпускаемых нашей промышленностью.
Осциллографические трубки с послеускорением
С увеличением анодного напряжения яркость пятна на экра не возрастает. Повышение яркости изображения позволяет на блюдать или фотографировать более быстрые, кратковременные
или однократные процессы. Характеристика трубки в этом отно шении определяется допустимой (возможной для регистрации) скоростью перемещения пятна на экране, при превышении ко торой световой эффект делается слишком слабым; в трубках с
ускоряющим напряжением в 1 1,5 кв |
наибольшая допустимая |
скорость перемещения луча на экране |
равна 1 |
2 км/сек, что |
позволяет наблюдать в виде линии длиной 10 мм однократные процессы длительностью не менее б-5- 10 мксек.
Опытным путём установлено, что повышением ускоряющего напряжения до 30 кв можно увеличить допустимую скорость луча до 30 -н 35 тыс. км/сек. Но с увеличением анодного напря жения во столько же раз уменьшается чувствительность труб ки, что является нежелательным.
Для устранения этого недостатка в некоторых современных трубках прибегают к так называемому послеускорению луча. В этом случае (рис. 18.24) электроны пучка, ускоренные сначала относительно небольшим напряжением 2-го анода (Ua2— 1-5-2 кв), отклоняются при высокой чувствительности, а за
тем в отклонённом пучке ускоряются |
дополнительно |
полем |
3-го анода, имеющего напряжение Ua3 |
выше, чем Uп2 . |
Такой |
способ позволяет получить большую яркость пятна на экране и в то же время не снижает чувствительность трубки.
Дополнительный анод изготовляют путём нанесения на внут реннюю поверхность расширенной части баллона кольцеобраз ного слоя металла или аквадага, как это показано на рис. 18.24. Ввод третьего анода делается прямо через колбу трубки.
Напряжение 3-го анода нельзя брать слишком боль шим. Скачки потенциала между кольцами 2-го и 3-го анодов вызывают искаже ние поля и образуют элект ростатическую линзу, влия ющую на траектории элект ронов. Это наглядно видно на рис. 18.24, где показано поле послеускорения для случая, когда на 3-й анод
подано напряжение UaS в 4 -*- 5 раз больше, чем Ua3. По лучающаяся при этом собирательная линза преломляет траек тории электронов так, что пучок, отклонённый воздействием от клоняющих пластин, вновь приближается к оси трубки в месте падения на экран, вследствие этого чувствительность осцилло графа уменьшается.
Другое вредное влияние поля дополнительного анода обус ловлено проникновением его в пространство между отклоняю щими пластинами. При этом эквипотенциальные поверхности
поля послеускорения искривляются в сторону пластин, образуя цилиндрическую линзу. Такая линза нарушает фокусировку пятна, превращая его из круглого в вытянутое либо по оси X, либо по оси Y в зависимости от подбора фокусирующего на пряжения. Данное явление носит название астигматизма. Кро ме того, линза послеускорения уменьшает чувствительность по ближайшей к экрану паре пластин и вызывает так называемые бочкообразные искажения осциллограммы.
Проникновение поля линзы послеускорения к экрану также приводит к появлению искажений и, кроме того, к снижению конечного ускоряющего напряжения.
Для того чтобы уменьшить вредное влияние линзы после ускорения, надо уменьшать её оптическую силу, делать её более тонкой, ограничивая величину превышения напряжения йа 3-м
аноде по отношению |
ко 2-му аноду. Практически |
выбирают |
и аа не более 2U а2. |
|
|
|
применяют |
Для обеспечения большего разгона электронов |
до 3—4 ступеней послеускорения |
(рис. 18.25а). |
При этом на |
пряжение на последней ступени послеускорения |
до |
может |
быть |
доведено до 10С/оа |
(в некоторых |
конструкциях |
25 кв) |
без |
появления существенных искажений. |
|
|
|
Для экранировки отклоняющих пластин от поля послеуско рения применяют баллон трубки цилиндрической формы (рис. 18.256). При этом уменьшается также влияние неоднород ности поля линз на краях.
При эксплуатации трубок с послеускорением необходимо особо внимательно следить за предохранением экрана от про жигания; для этого при отсутствии переменного напряжения на отклоняющих пластинах луч должен быть выключен либо путём подачи запирающего напряжения на управляющий электрод, либо путём выключения высокого напряжения.
В табл. 18.3 приведены данные некоторых осциллографических трубок с послеускорением, выпускаемых отечественной промышленностью.
Электронно-лучевые трубки с радиальным отклонением
В некоторых случаях более выгодным оказывается приме нить не линейную, а круговую развёртку, при которой пятно на экране двигается не по горизонтальной оси, а по окружности. Преимуществом круговой развёртки является её большая дли на по сравнению с линейной.
Для получения круговой развёртки можно использовать систему магнитного отклонения из двух пар взаимно-перпен дикулярных катушек. В одной паре катушек пропускают пере менный ток определённой частоты и в другой паре — ток такой же частоты, сдвинутый относительно первого тока на 90°. Как легко убедиться непосредственным построением, электронный пучок под воздействием двух пульсирующих магнитных потоков, сдвинутых, один относительно другого во времени и пространстве на 90°, будет описывать на экране замкнутую кривую. При сим метричном устройстве катушек и одинаковых токах в них эта кривая будет окружностью, радиус которой зависит от величи ны тока; частота вращения пятна на экране будет равняться частоте переменного тока в отклоняющих катушках.
Для круговой развёртки можно также использовать систему электростатического отклонения, подавая на обе пары откло няющих пластин два одинаковых по частоте синусоидальных напряжения, сдвинутых по фазе на 90°,
Исследуемое напряжение подводится к коническому конден сатору специальной формы (18.26а), расположенному внутри
Це н т р ы от клон ени я
„„ V ^/1 ч/
Иселедуемое
ндпрпжение
Рис. 18.26
трубки так, что вращающийся пучок при отсутствии исследуе мого напряжения проходит посредине между поверхностями конденсатора. Под действием . этого напряжения пучок, вращаясь., .будет отклоняться в ' радиальном направлении и
