§ 172. Электронно-лучевая трубка
Электронно-лучевая трубка — весьма распространенное устройство, — необходимый элемент телевизора, радиолокатора, осциллографа. Принцип электронно-лучевой трубки мы поясним на простейшем примере трубки (рис. 203), состоящей из электронной пушки 1 и двух конденсаторов 2, отклоняющих электронный луч в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Рис. 203.
Рассмотрим применение электронно-лучевой трубки для записи быстрых процессов. Если напряжение на конденсаторы не наложено, то электронный луч идет вдоль оси прибора и создает точку на светящемся экране. Положим, что на горизонтальную пару конденсаторных пластин подано переменное напряжение (частота больше 20 Гц). Тогда, в такт с изменениями поля, электронный луч начнет колебаться в вертикальном направлении. Ввиду ничтожной массы электронов это колебание будет практически безынерционным. Мы не увидим движения луча, так как глаз не успевает следить за движениями светящегося пятна, а также потому, что экран обладает послесвечением,
Теперь вступает в ход вторая пара пластин, дающая так называемую «временную развертку». На эту пару пластин накладывается
пилообразное напряжение. Так как вторая пара пластин дает горизонтальное отклонение луча, то под действием такого напряжения светящаяся точка будет двигаться, скажем, слева направо вполне равномерно. Дойдя до конца экрана, светящаяся точка прыжком будет возвращаться в исходное положение и процесс будет повторяться. Мы имеем возможность накладывать на пластины пилообразное напряжение разной частоты и таким образом давать самый различный временной масштаб горизонтальному смещению пучка.
Если на пластины, дающие горизонтальное смещение луча, включена временная развертка, а на пластины, дающие вертикальное смещение, — исследуемое напряжение, то луч будет вычерчивать кривую напряжения в функции времени, поскольку горизонтальная координата светящейся точки пропорциональна времени, отсчитываемому от произвольного мгновения.
Особенно эффектно применение осциллографа для наблюдения за периодическими процессами. Всегда удается подобрать временную развертку таким образом, чтобы картина, созданная лучом при одном пробеге слева направо, совпала с картиной, создаваемой при втором и следующих пробегах. Когда период развертки подобран, на осциллографе устанавливается неподвижная кривая, дающая величину напряжения в функции времени для любого временного интервала (меньше одного периода или равного нескольким периодам).
Для создания пилообразного напряжения используется автоколебательный процесс, весьма похожий на явление, описанное нами на стр. 86, - опрокидывание ванны с водой. Ход луча слева направо создается процессом непрерывной и равномерной зарядки конденсатора. К зажимам конденсатора присоединяется разрядная трубка. Пока разность потенциалов на трубке меньше потенциала зажигания, ее присутствие не сказывается на зарядке конденсатора. Как только потенциал достигает критического значения, происходит очень быстрый разряд конденсатора и процесс начинается снова. Пилообразные колебания должны быть синхронизированы с исследуемым периодическим процессом.
Электронно-лучевую трубку можно усложнить, помещая между катодом и анодом модулятор. Он представляет собой металлический цилиндр, один из торцов которого закрыт диафрагмой с отверстием, примерно равным размеру катода. Подавая отрицательный потенциал на модулятор, мы получаем возможность изменять интенсивность пучка. При некотором напряжении (запирающее напряжение) луч гасится полностью; это нужно делать, например, во время обратного хода луча. С помощью модулятора можно, например, запирать луч на время его обратного хода при развертке.
Чтобы одновременно наблюдать на экране две переменные величины, электронно-лучевую трубку снабжают электронным
коммутатором, периодически переключающим отклоняющее устройство попеременно в измерительную схему одной или другой величины. Для этой же цели разработаны двухлучевые осциллографы. Эти приборы снабжены электронно-лучевой трубкой с двумя независимыми электронными прожекторами и отклоняющими системами. В таком осциллографе имеются также два отдельных усилителя исследуемых напряжений и два генератора пилообразных колебаний.
Большое значение имеет подбор светящихся экранов для электронно-лучевых трубок. Существуют экраны с длительным послесвечением; для иных целей, напротив, требуются экраны, у которых свечение пропадало бы мгновенно после выключения луча.
Для записи импульсных однократных процессов электронный осциллограф обязательно снабжается фотоприставкой, затвор которой синхронизируется с разверткой, обеспечивая фотографирование экрана в нужный момент.
