2.2.4. Электроннолучевая трубка (элт) с электростатическим отклонением луча

Такая трубка представляет собой запаянную стеклянную колбу, из которой откачан воздух и в которой расположены: электронная пушка, предназначенная для создания и ускорения узкого электронного пучка; отклоняющие пластины, необходимые для отклонения луча; экран, покрытый люминесцирующим веществом, светящимся под ударами электронов. Электронная пушка (ускоряющая фокусирующая система) в свою очередь состоит из катода К. (Рис. 2.9), модулятора яркости М, фокусирующе-ускоряющих анодов А1 – А3. Все электроды трубки выполняются в виде цилиндров, оси которых совпадают с осью трубки. Внутри цилиндров расположены перегородки-диафрагмы с небольшими отверстиями в центре. Модулятор М, концентрирующий луч в узкий пучок, позволяет регулировать яркость изображения на экране трубки. Для этой цели на модулятор М подается по отношению к катоду небольшое отрицательное напряжение, которое можно регулировать резистором переменного сопротивления r₁ – «яркость».

Рис. 2.9. Схема включения электроннолучевой трубки осциллографа

На первый анод А1 и второй A2 подается высокое положительное напряжение (несколько киловольт). Под действием электрического поля анодов А1 и А2 электронам луча сообщается необходимая скорость, и они фокусируются, на экране трубки. Оптимальное качество фокусировки луча достигается ручной регулировкой напряжения при помощи резистора переменного сопротивления r₂ – «фокусировка». Анод A3 необходим для экранирования модулятора яркости М от первого анода, чем достигается независимость регулировок яркости и фокусировки в осциллографе.

Внутреннюю поверхность стеклянного баллона трубки покрывают проводящим слоем металла или графита (аквадаг), который соединяют со вторым анодом. Этот слой служит электростатическим экраном и уменьшает влияние внешних полей на работу трубки. Для экранирования магнитных полей трубку помещают в кожух (цилиндр) из пермаллоя. Для отклонения луча после второго анода устанавливают две пары отклоняющих пластин. Отклоняющее напряжение, приложенное к пластинам, отклоняет луч на величину

, (2.13)

где U_у – напряжение, приложенное к пластинам;

d – расстояние между пластинами;

h – длина пластин по оси трубки;

L – расстояние от центра пластин до экрана;

U_a2 – величина напряжения на втором аноде.

Как видно из формулы, чувствительность трубки зависит от геометрических размеров пластин и величины ускоряющего напряжения. Для улучшения частотных характеристик трубки необходимо уменьшать емкость пластин, а для увеличения - яркости и улучшения качества фокусировки луча увеличивать напряжение на втором аноде трубки. Для того чтобы сгладить эти противоречия, в современных трубках применяют дополнительное ускорение электронов после их отклонения. Для этого ближе к экрану делается специальная проводящая секция аквадага, отделенная от внутреннего экрана промежутком в 6 – 12 мм. На эту секцию подается напряжение U± равное примерно напряжению второго анода. Это значения увеличивает яркость трубки, делает возможным наблюдение на осциллографе быстрых процессов и в то же время незначительно уменьшает чувствительность трубки (примерно на 20%). Чувствительность таких трубок равна 0,1 – 0,5 мм/В.

В современных осциллографах используется специальные электроннолучевые трубки с жесткой фокусировкой, с после ускорением луча триплетом квадрупольных линз и др. Метод жесткой фокусировки позволил на порядок увеличить чувствительность сигнальной отклоняющей системы трубки (до 1см/В) при одновременном повышении качества фокусировки и расширения рабочей части экрана. Схемное решение таких электронных осциллографов, выполнены с применением современной элементной баз.

Искажение осциллограмм в узле электроннолучевой трубки. Кроме неизбежных искажений осциллограмм, вызываемых влиянием емкости пластин и подводящих проводов, качество воспроизведения осциллограмм в значительной мере зависит от схемы включения электроннолучевой трубки. Так, например, если средний потенциал между отклоняющими пластинами не равен потенциалу второго анода, то чувствительность трубки будет зависеть от значения и знака потенциала пластин относительно второго анода, что приведет к искажениям изображения сигнала на экране трубки. К искажениям осциллограмм, получившим название трапецеи­дальных, приводит несимметричное включение отклоняющих пластин. Обусловливается это взаимным влиянием отклоняющих пластин Y и Х-каналов. При этом чувствительность пластин, расположенных ближе к катоду, будет зависеть от напряжения, приложенного к другой паре пластин, а это приводит к искажению осциллограммы.

Описанные искажения отсутствуют при симметричном включении отклоняющих пластин. Такое включение трубки показано на рис. 2.9. Кроме, указанных искажений может быть еще один вид искажений осциллограмм – астигматизм, возникающий вследствие неправильного положения отклоняющих пластин относительно электронной пушки или неправильного положения отдельных эле­ментов пушки относительно друг друга. Проявляется астигматизм в виде неудовлетворительной фокусировки изображения по одной из осей трубки. Для устранения астигматизма необходимо иметь возможность изменять среднее значение напряжения на каждой паре пластин в отдельности. Для этой цели в схеме рис. 2.9 служат спаренные резисторы переменного сопротивления R₆ и r₁₀. Для смещения изображения по оси X и Y в схеме трубки предусмотрены резисторы переменного сопротивления r₁₁ и r₁₂. причем при смещении изображения сигнала средний потенциал пластин остается неизменным. В заключение заметим, что та часть экрана электроннолучевой трубки, в любом участке которой должны обеспечиваться характеристики, указанные в стандартах или технической документации на осциллографы конкретных типов, называется рабочей частью экрана.