МВ до вик ЛР з Вакуумн та плазм електр

21

чином, кожну з розглянутих вище лінз електронного прожектора, як видно з рисунків 3.1-3.3, можна представити як сукупність збираючої і розсіюючої елементарних лінз. Заломлююча дія лінзи, що збирає, більше, ніж тієї, що розсіює. Крім того, з-за більшого потенціалу в області розсіювальної лінзи, швидкості руху електронів у її просторі більше, ніж у просторі збираючої, і тому фокусуюча дія переважає. Розсіювальна лінза лише збільшує фокусну відстань усієї системи.

Магнітне фокусування електронного потоку забезпечується неоднорідним аксіально-симетричним магнітним полем, створюваним короткою котушкою (діаметр співрозмірний з її довжиною), через яку протікає струм. В результаті взаємодії вектора магнітної індукції магнітного поля з вектором швидкості параксіального електрона виникає “фокусуюча” сила, спрямована до осі симетрії поля. Змінюючи індукцію магнітного поля шляхом регулювання струму в котушці, можна домогтися перетину траєкторій всіх електронів з віссю трубки в площині екрана, забезпечуючи тим самим фокусування електронного потоку.

Ф.К.

Рисунок 3.4 − Тетродний прожектор з магнітним фокусуванням

Відхиляюча система служить для керування переміщенням сформованого електронного променя по екрані. Існують електростатична і магнітна відхиляючі системи.

Система електростатичного відхилення складається з двох взаємно перпендикулярних пар відхиляючих пластин, – однієї пари "Y", що здійснює вертикальне відхилення променя, й іншої "Х", що здійснює горизонтальне відхилення. Відхилення електронного променя пропорційно напрузі на пластинах, що відхиляють. Коефіцієнт пропорційності в цій залежності називається чутливістю трубки. Чутливість електростатичного відхилення являє собою величину відхилення пучка на екрані на 1В відхиляючої напруги, й залежить від параметрів ЕПТ таким чином:

де а – довжина пластин, мм;

d – відстань між пластинами, мм;

Uа – потенціал другого анода електронного прожектора, В;

L – центр відхилення – відстань від екрана до середини відхиляючих пластин, мм.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

22

У випадку магнітного відхилення використовуються однорідні взаємоперпендикулярні магнітні поля, створені двома парами відхиляючих котушок, по яких тече струм. Аналогічно електростатичній відхиляючій системі, одна з пар котушок відхиляє промінь у вертикальній, інша – у горизонтальній площині. Вектор швидкості електрона і вектор індукції відхиляючого однорідного поперечного магнітного поля взаємно перпендикулярні. Під дією сили Лоренца траєкторія електрона, що летить, викривляється в дугу з постійним радіусом. Рух по окружності зміщує електрони на певний кут в залежності від струму, що протікає в котушках.

Електрони, вийшовши з поперечного магнітного поля під деяким кутом до осі трубки, далі рухаються по прямій до екрана.

Чутливість до відхилення магнітної системи чисельно дорівнює відхиленню променя на один ампер-виток котушки відхилення, й залежить від параметрів ЕПТ таким чином:

3.1.1 Осцилографічні трубки

Осцилографічні трубки дозволяють одержати на екрані зображення електричних сигналів, що змінюються в часі. В електронних осцилографах, як правило, використовують трубки з електростатичним фокусуванням і відхиленням (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 − Осцилографічна трубка:

де В.П. – відхиляюча пластина; П.П. – провідне покриття.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

23

Для відводу негативного заряду з поверхні екрана на внутрішню поверхню балона приладу наноситься провідне покриття, з'єднане з другим анодом електронного прожектора і слугуюче колектором вторинних електронів.

Для одержання зображення на екрані досліджувана напруга подається на пластини вертикального відхилення. Якщо на горизонтальні пластини не подавати напруги, то промінь буде прокреслювати вертикальну лінію, висота

εэ – чутливість трубки, мм/В;

UMАХ – амплітуда змінної напруги досліджуваного сигналу, В.

Щоб побачити на екрані сигнал, необхідно зробити горизонтальну розгортку так, щоб за рівні проміжки часу промінь проходив однакові відстані. Для цього напруга, що подається для горизонтального відхилення, повинна наростати по лінійному законі. У цьому випадку у відсутності напруги на пластинах "Y" на екрані буде пряма горизонтальна лінія, прокреслена променем (лінія розгортки). Якщо подати досліджувану змінну напруга на пластини "Y", а на пластини "Х" – пилкоподібну напругу (рисунок 3.6), то крапка на екрані одночасно буде робити коливання по вертикалі і повторюватиме рівномірний рух зі зворотним ходом по горизонталі. В результаті спостерігається світлова крива досліджуваної напруги.

Uy Ux

Рисунок 3.6 − Одержання осцилограми на екрані осцилографа

3.2 Опис блоку електронно-променевої трубки

Осцилографічна трубка 5ЛО38И разом з необхідними органами керування та високовольтним перетворювачем розміщені в окремому блоці, який за допомогою гнучкого кабелю та комутаційної плати підключається до з’єднувача універсального стенду. Зовнішній вигляд блоку ЕПТ показаний на рисунку 3.7.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

24

X/Y Um Ua2

Рисунок 3.7 − Зовнішній вигляд блоку ЕПТ

На лицьовій панелі блоку розміщені:

∙екран ЕПТ (1);

∙тумблер перемикання відхиляючої напруги з горизонтальних пластин на вертикальні "Х/Y" (2);

∙регулятор зміни напруги модулятора "Um" (3);

∙регулятор зміни напруги другого анода "Uа2" (4);

Інші тумблери та регулятори, розміщені на блоці, в даній лабораторній роботі не використовуються. Змінити напругу першого анода можна за допомогою високовольтного джерела живлення 0 – 300 В, регулятор котрого виведений на лицьову панель універсального стенду.

З зворотної сторони блоку ЕПТ розміщені гнізда для подачі відхиляючої напруги, до яких під’єднується генератор Г5-53. Самостійно робити це забороняється, й тому перед тим, як виконувати пункти ходу роботи, пов’язані з вимірюванням чутливості ЕПТ, потрібно покликати викладача.

Схема лабораторної роботи показана на рисунку 3.8. Особливістю цієї схеми є те, що вхідною напругою для високовольтного перетворювача є напруга 0 – 30 В, що регулюється, і тому при обертанні регулятора цього джерела живлення буде змінюватись як потенціал модулятора, так і потенціал другого аноду ЕПТ. При виконанні лабораторної роботи звертайте на це увагу!

УВАГА! При виконанні лабораторної роботи необхідно всановити ручку джерела живлення 0 – 30 В в положення, близьке до крайнього правого. В іншому випадку можлива втрата променя на екрані. Після втрати променя необхідно вимкнути стенд, почекати 1-2 хвилини (для розрядження ємностей в ЕПТ), встановити ручку джерела живлення 0 – 30 В в положення, близьке до максимального, й ввімкнути стенд.

3.3 Хід роботи

1.Подавши напругу на електроди трубки, близькі до зазначеного в паспортних даних (додаток Б), одержати на екрані яскраву, добре сфокусовану цятку. Виміряти потенціали всіх електродів UM , Ua1 , Ua 2 , a також струм катода IK та променя IП , що виходять при цьому. Вважати

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

25

цей режим "номінальним". Порівняти отримані потенціали з паспортними даними.

2. Зняти залежність струму катода IK та променя IП , від потенціалу модулятора, IK = f (UM ) , IП = f (UM ) для 3-х потенціалів другого анода Ua 2 і першого анода Ua1 , що відповідають умові найкращого фокусування в кожному випадку. Напругу модулятора змінювати від UM0 до 0.

Рисунок 3.8 − Схема лабораторного макету

3.Зняти залежність потенціалу першого анода від потенціалу другого анода Ua1 = f (Ua 2 ) при найкращому фокусуванні. Записати значення напруг на

анодах ЕПТ під час досліду.

4.Викликати викладача для підключення генератору Г5-53 до відхиляючих пластин ЕПТ, переконатись в наявності сигналу на екрані.

5.Зняти залежність величини відхилення променя на екрані для горизонтальних і вертикальних відхиляючих пластин від відхиляючої напруги a = f (Uвідх ) при "номінальному" режимі роботи трубки.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

26

6.Змінюючи потенціал другого анода, зняти залежність чутливості трубки до відхилення для обох пар пластин від потенціалу другого анода Ua 2 . Амплітуду відхиляючої напруги підтримувати постійною.

7.У ході обробки отриманих результатів побудувати графіки всіх отриманих експериментально залежностей, а також на основі даних п.3 побудувати

графік UM0 від потенціалу електрода, що прискорює (другого анода) UM0 = f (Ua 2 ) .

8.Підрахувати чутливість трубки до відхилення для обох пар пластин, порівняти її з вказаною в технічних даних (Додаток Б). Чутливість розрахувати як відношення відхилення променя на екрані ЕПТ до напруги на пластинах, що викликали це відхилення.

9.Побудувати графік залежності чутливості трубки для обох пар пластин від 1/ Ua 2 .

10.Зробити висновки по ходу виконання лабораторної роботи.

3.4Контрольні питання

1.Що таке чутливість трубки до відхилення і від яких параметрів відхиляючої системи залежить його величина?

2.Як відводиться електричний заряд з екрана трубки?

3.Назвати основні елементи ЕПТ із електромагнітним фокусуванням і електромагнітним відхиленням і розповісти про їхнє призначення.

4.Поясніть принципи фокусування електронного променя за допомогою магнітного поля.

5.Які переваги і недоліки системи магнітного фокусування у порівнянні із системою електростатичного фокусування?

6.Поясніть принципи відхилення електронного променя за допомогою магнітного поля.

7.Що таке чутливість трубки з магнітним відхиленням? Як вона залежить від анодної напруги?

8.Розповісти про переваги і недоліки електростатичних і магнітних відхиляючих систем.

9.Чому при великих анодних напругах використовується магнітна система відхилення?

10.Поясніть принцип одержання зображення на екрані осцилографічної трубки.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

27

Лабораторна робота №4

Дослідження газорозрядного стабілітрона

Мета роботи – ознайомитися з принципом роботи, конструкцією, основними параметрами газорозрядних стабілітронів.

4.1 Теоретичні відомості

Стабілітрон – газорозрядний прилад, що використовує самостійний тліючий чи коронний розряд і призначений для стабілізації напруги. Стабілітрон складається з холодного катода, виконаного у виді металевого циліндра, і стрижневого анода, розміщеного всередині циліндра. Анод і катод розміщують у скляній чи металокерамічній колбі, що заповнена сумішшю інертних газів (неон-аргон, аргон-гелій і ін.). Для зменшення роботи виходу катода його робочу (внутрішню) поверхню часто активують (покривають тонкою плівкою барію, калію чи цезію). Нікелевий дротик, приварений до краю циліндра катода з внутрішньої сторони, є підпалюючим електродом. Це сприяє зниженню напруги запалювання. Тліючий розряд виникає спочатку між підпалюючим електродом, і анодом, потім, коли концентрація іонів у просторі між електродами підвищиться, тліючий розряд переходить на поверхню катода.

ВАХ стабілітрона має вид, типовий для тліючого розряду (рисунок 4.1). Робочою ділянкою характеристики є ділянка нормального тліючого розряду (БВ на рисунку 4.1).

Стабілітрони характеризуються наступними основними параметрами: ∙ напруга запалювання – Uзап;

∙ напруга стабілізації – Uст, що відповідає середній точці ділянки стабілізації;

∙ діапазон робочого струму Ia min – Ia max;

∙ динамічний (диференціальний) опір Ri = Uст . Ia

Типова схема включення стабілітрона приведена на рисунку 4.2.

Рисунок 4.1 − ВАХ газорозрядного стабілітрона

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

28

Стрибок струму при виникненні розряду визначається опором Rобм. Якщо він великий, то з'являється порівняно невеликий струм, а якщо малий, то виникає великий струм і точка Б переміщається до точки В (рисунок 4.1), що приводить до скорочення ділянки стабілізації.

Рисунок 4.2 − Схема включення газорозрядного стабілітрона

Значення Rобм визначають із закону Ома. Якщо опір навантаження незмінний (Rн=const), а напруга живлення нестабільна (E=var) і змінюється в

Emin і Emax – мінімальна і максимальна напруга джерела відповідно. Напруга джерела Е повинна бути вище Uст і достатньою для виникнення

розряду в стабілітроні. Чим вище Е, тим вище повинно бути Rобм і тоді стабілізація зберігається при зміні Е в більш широких межах, але при більшому Rобм ККД схеми знижується, тому що втрати потужності в стабілітроні і в Rобм можуть виявитися вище корисної потужності споживача. Тому стабілітрони застосовуються для стабілізації напруги живлення пристроїв невеликої потужності, у яких зниження ККД не так важливе, як у потужних пристроях.

Ефективність стабілізації оцінюють коефіцієнтом стабілізації kст. Він показує, у скільки разів відносна зміна напруги на стабілітроні менше відносної зміни напруги джерела, тобто:

Стабілітрон забезпечує kст=10 ÷ 20. kст збільшується при каскадному з'єднанні стабілітронів (загальний коефіцієнт стабілізації дорівнює добутку окремих kст), показаному на рисунку 4.3.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

29

Стабілітрони тліючого розряду поділяються на дві групи:

1)прилади для безпосередньої стабілізації;

2)опорні стабілітрони для високоякісних електронних стабілізаторів.

Рисунок 4.3 − Каскадне включення стабілітронів

Стабілітрони тліючого розряду, призначені для безпосередньої стабілізації,

розраховані на роботу в діапазоні струмів: Imin=3 ÷ 5 mА, Imax=30 ÷ 40 mА; напруга стабілізації – Uст=70 ÷ 150 В; максимальна зміна напруги стабілізації в межах

робочого діапазону струмів – Uст/Uст=0,02 ÷ 0,06.

Для стабілізації більш високих напруг стабілітрони з'єднують послідовно. Вони можуть бути на різні напруги, але повинні мати однакові струми Imin і Imax.

Прилади другої групи розраховані на роботу при визначеному значенні струму, що не перевищує 5 mА. Напруга стабілізації лежить у межах 80 ÷ 90 В. Опорні стабілітрони відносяться до приладів підвищеної стабільності і їхню якість характеризують чотири додаткових параметри:

∙нестабільність напруги (менш 0,1 В за 100 годин роботи);

∙температурний коефіцієнт напруги стабілізації (одиниці мілівольт на 1оС у діапазоні температур від –60оС до +100оС);

∙вибіг напруги після включення;

∙максимальний стрибок напруги в межах робочої ділянки, обумовлений неоднорідністю поверхні катода.

Опорні стабілітрони відрізняються високою допустимою температурою (до 300°С), довговічністю (тисячі годин), малими габаритами, високою механічною міцністю.

4.2 Хід роботи

1.Встановити тумблери "П5" і "П6" блоку комутації у верхнє положення. Схема в цьому випадку набуде вигляду, показаного на рисунку 4.4. Тумблер "П7" комутує додатковий опір R2, у нижньому положенні "П7" опір R2 закорочено.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

30

Рисунок 4.4 − Схема лабораторного макета

2.Зняти залежність напруги від струму стабілітрона U = f (I) , для "П7" в

замкнутому й розімкнутому положенні. При вимірі слідкувати за тим, щоб струм крізь стабілітрон не перевищував максимально допустимого. Виміряти потенціал запалювання в стабілітроні. При вимірі ділянки стабілізації показання вольтметра Р2 знімати з максимальною точністю (до останнього знаку).

3.Зняти залежності напруги на стабілітроні Uст від вхідної напруги Е для двох положень перемикача S7. При вимірі ділянки стабілізації показання вольтметра Р2 знімати з максимальною точністю (до останнього знаку).

4.Для підвищення точності вимірів зняти ВАХ прибору Р5.

5.Побудувати повну ВАХ газорозрядного стабілітрона для двох значень Rобм .

6.Окремо побудувати ВАХ стабілітрона на ділянці стабілізації напруги, і

побудувати графіки залежності напруги на стабілітроні Uст від вхідної напруги Е для двох значень Rобм .

7.Визначити по ВАХ та по залежності UCT=f(E) основні параметри досліджуваного в роботі стабілітрона, порівняти їх з наведеними в додатку В.

8.Зробити висновки по ходу виконання лабораторної роботи.

4.3 Контрольні питання

1.Накресліть розподіл потенціалу між плоскими електродами при тліючому розряді.

2.Який механізм тліючого розряду? Яка роль окремих його частин?

3.Як виникає тліючий розряд у стабілітроні?

4.Що таке потенціал запалювання розряду Uз і від чого залежить його величина?

5.Розповісти про конструкцію стабілітрона і принципі його дії.

6.Які матеріали використовується при виготовленні катодів стабілітронів? З яких умов вибирається величина площі поверхні катода стабілітрона?

7.Якими газами і до якого тиску наповнюються стабілітрони?

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com