5-2. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ТРУБКИ

В осциллографах применяются электронно-лучевые трубки с электростатическим формированием и управлением лучом. Простейшая однолучевая трубка представляет

собой стеклянный баллон с высоким вакуумом внутри которого жестко закреплены электронная пушка (прожектор) и две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин. На дно баллона нанесен слой люминофора, преобразующий кинетическую энергию электронов луча в световое излучение.

В электронную пушку входит подогревный катод (рис. 5-1), управляющий электрод (модулятор) и два анода Изменяя постоянное напряжение на модуляторе относительно катода, можно управлять интенсивностью луча, т. е. яркостью свечения экрана. Первый анод служит для фокусировки луча на экране трубки в четкое пятно минимального диаметра, второй — для ускорения электронов. Питание электродов трубки осуществляется по схеме рис. 5-2, которая особых пояснений не требует. Скорость пролета электронов вдоль оси трубки определяется потенциалом второго анода относительно катода и вычисляется по формуле

где заряд электрона, его масса, скорость,

Рис. 5-2. Схема питания электродов трубки

При исследовании сверхбыстрых процессов с малой частотой повторения или однократных явлений (электрический разряд, искра и т. п.) луч при данной скорости, определяемой по формуле не успевает возбудить люминофор и яркость осциллограммы может быть недостаточной для наблюдения и, особенно, фотографирования. Увеличивать напряжение на втором аноде нельзя из-за опасности электрического пробоя между соседними электродами. Поэтому применяют послеускорение электронов при помощи третьего анода напряжение на котором больше Третий анод располагают между отклоняющими пластинами и экраном; он представляет собой кольцо из аквадага, нанесенное на внутреннюю поверхность баллона трубки.

Осциллографические трубки характеризуются следующими основными характеристиками: чувствительностью, полосой пропускания, рабочей площадью экрана, шириной линии луча и типом люминофора. Чувствительностью трубки называют отношение отклонения луча на экране трубки к напряжению приложенному к отклоняющим пластинам (рис. 5-3, а) Отклонение луча под действием напряжения определяется следующим выражением:

где расстояние от отклоняющей пластины до экрана; — длина пластины; расстояние между ними.

Отсюда чувствительность трубки

У современных осциллографических электронно-лучевых трубок чувствительность отклоняющих пластин составляет от 1 до а пластин X — от 0,6 до

Рис. 5-3. К процессу отклонения луча

Вместо чувствительности часто применяют понятие коэффициента отклонения луча Формулой можно пользоваться при условии, что в течение интервала времени пролета электронов вдоль пластин отклоняющее напряжение на них сохраняется неизменным. Это справедливо только на низких частотах и на высоких, меньших некоторой критической частоты При подаче на пластины напряжения высокой частоты (несколько сотен мегагерц) интервал времени пролета электронов вдоль пластин становится сравнимым с периодом отклоняющего напряжения и последнее приобретает разные значения. Это явление вызывает изменение чувствительности в зависимости от частоты исследуемого сигнала.

Для определения отклонения луча при высоких частотах введено понятие динамической чувствительности трубки:

где частота отклоняющего напряжения; время пролета электронов вдоль отклоняющих пластин.

При с увеличением частоты уменьшается и при частоте когда аргумент становится равной нулю (рис. 5-3, б). Критической частотой трубки называют такую частоту, при которой

Кроме влияния времени пролета электронов на частотные возможности трубки, большое значение имеет емкость между отклоняющими пластинами, между пластинами и другими электродами, а также индуктивность выводов. Все это ограничивает рабочую частоту трубок примерно до

Рис. 5-4. Устройство электронно-лучевой трубки с линией бегущей волны

Для исследования сигналов наносекундной длительности разработаны трубки с отклоняющими устройствами, работающими по принципу бегущей волны. В такой трубке (рис. 5-4, а) вместо вертикально отклоняющих пластин помещен прямоугольный коробчатый экран (рис. 5-4, б), внутри которого размещена ленточная спираль 2. Электромагнитная волна распространяется вдоль спирали с некоторой фазовой скоростью; если скорость электронов в луче 4 уравнять с этой фазовой скоростью, то влияние времени пролета электронов исключается. Отклоняющее напряжение вводится через коаксиальные разъемы 1, 3, гнезда которых размещены непосредственно на баллоне. Рабочая частота трубок такой конструкции достигает нескольких сотен мегагерц.

Экран осциллографической трубки представляет собой тонкий слой люминофора, нанесенный на внутреннюю сторону торцевой стенки (дна) баллона. Трубки выпускаются с диаметрами экрана от 70 до 180 мм; рабочая площадь экрана значительно меньше — от 30 х 50 до 100 х 120 мм. На внутреннюю поверхность дна баллона наносится

масштабная сетка, что исключает погрешность отсчетов размеров изображения, связанную с параллаксом.

Важной характеристикой экрана является его послесвечение. Длительностью послесвечения называют интервал времени (после прекращения действия электронного луча), в течение которого яркость изображения уменьшается до Коротким послесвечением называют интервал менее 0,01 с, средним — до 0,1 с, длительным — более 0,1 с. Трубки с длительным послесвечением облегчают наблюдение непериодических и медленно изменяющихся сигналов.

Химический состав люминофора определяет цвет свечения экрана. Для визуального наблюдения применяют трубки с желто-зеленым цветом свечения, который присущ люминофору из ортосиликата цинка (велинита), активированного марганцем Для фотографирования с экрана осциллографа или для записи на кинопленку применяют трубки с голубым свечением экрана, что обеспечивает вольфрамат кальция

Ширина линии луча определяется качеством фокусировки (при данной яркости) и составляет

Электронно-лучевые запоминающие трубки с видимым изображением позволяют воспроизводить изображение сигнала после его прекращения через интервал времени от нескольких минут до нескольких суток. Запоминающие трубки отличаются повышенной яркостью свечения экрана, до нескольких тысяч кандел на квадратный метр. С их помощью можно исследовать однократные единичные процессы без обязательного фотографирования.

Имеются зиакопеча тающие трубки, на экране которых воспроизводятся буквы, цифры и другие знаки, что позволяет получать результат измерения и контролировать режим осциллографа в цифровой форме, для чего в состав осциллографа вводятся микропроцессоры или микро-ЭВМ.