- Устройство и принцип действия осциллографической трубки.
Осциллографической трубкой называют электронно-лучевой прибор, предназначенный для наблюдения или регистрации изменений во времени быстропротекающих процессов. В общем случае осциллографическая трубка состоит из стеклянного баллона, электронно-оптической системы и люминесцирующего экрана.
Существует значительное количество типов осциллографических трубок, различающихся по конструкции, электрическим и светотехническим параметрам, по функциональному назначению.
В современных осциллографах применяются в основном осциллографические трубки с электростатической фокусировкой и отклонением луча. Осциллографические трубки могут быть однолучевыми, двухлучевыми и многолучевыми.
В качестве люминофора для экранов осциллографических трубок применяется люминофор с зеленым цветом свечения. Некоторые трубки, используемые осциллографах для фотографирования осциллограмм, имеют экран, светящийся голубым светом, интенсивно действующий на фотопленку.
Баллон трубки имеет плоскую ножку, горловину, коническую часть и дно, на которое наносится люминофор. Экран в различных типах трубок имеет диаметр от 5 до 31 см. Дно баллона делается слегка выпуклым для повышения механической прочности и уменьшения расфокусировки пучка при его отклонении. Для сохранения хорошей фокусировки луча в осциллографических трубках используются небольшие углы отклонения луча (12-180). В горловине баллона располагается электронно-оптическая система. Электронно-оптическая система включает триодную пушку, симметричную линзу и отклоняющую систему.
Электронная пушка образуется катодом, модулятором и анодом и представляет собой иммерсионный объектив.
Электронная пушка служит для получения скрещения, в котором пучок имеет наименьший диаметр. Область скрещения служит предметом для главной линзы системы.
На рисунке представлена схема триодной пушки.
В осциллографических трубках окончательная фокусировка осуществляется электростатической линзой. Широкое применение в качестве главной линзы используется симметричная линза, образуемая тремя электродами. Крайние электроды соединены вместе, на них подается повышенное напряжение. На средний электрод (А1) подается более низкий потенциал. Изменение потенциала первого анода приводит к изменению фокусировки пучка на экране трубки.
Отклоняющая система трубки имеет две пары пластин. Одна пара пластин отклоняет луч по горизонтали (пластины Х), другая – по вертикали (пластины Y). Если осциллографическая трубка используется для анализа формы кривой напряжения, то исследуемое напряжение подается на пластины вертикального отклонения Y, а на пластины Х подается пилообразное напряжение развертки. На рисунке представлена схема питания электродов трубки.
На модулятор пушки подается регулируемое отрицательное напряжение для управления током луча.
В общем виде зависимость тока катода от напряжения модулятора выражается формулой:
, где К – постоянный коэффициент;
UЗ – напряжение запирания;
UМ – напряжение модулятора.
Основными параметрами осциллографических трубок являются: разрешающая способность, чувствительность отклонения, скорость записи, частотная характеристика.
Разрешающая способность характеризует количество информации, которое может содержать экран. Иными словами, разрешающая способность может быть охарактеризована максимальным числом импульсов с шириной, равной ширине пятна на экране, укладывающихся без перекрытия на линии развертки. Средняя осциллографическая трубка имеет разрешающую способность от 500 до 1000 строк. Трубки с высокой разрешающей способностью имеют более 2-2,5 тысячи строк. Разрешающая способность зависит от тока луча, ускоряющего напряжения и от зернистости люминофора.
Чувствительностью к отклонению называется отношение смещения светящегося пятна экрана трубки к изменению отклоняющего напряжения, вызвавшему это смещение. Чувствительность электростатического отклонения в простейшем случае выражается как:
,
где l – длина пластин;
d – расстояние между пластинами;
L – расстояние от пластин до экрана.
Из формулы видно, что чувствительность отклонения прямо пропорциональна длине пластин и расстоянию от пластин до экрана, и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами и напряжению анода. Обычно чувствительность сигнальных пластин 0,2-0,6 мм/В.
Осциллографическая трубка должна обеспечивать большую скорость записи. При исследовании быстропротекающих процессов скорость пробега луча по экрану должна быть очень большой. Например, при частоте f = 10 МГц и длине линии развертки 10 см. скорость записи составит 1000 км/с. При таких скоростях записи необходимо повышать яркость свечения экрана. Повысить яркость свечения экрана можно увеличением ускоряющего напряжения и применяя более эффективные люминофоры. В современных осциллографических трубках скорость записи составляет 2000 км/сек.
При исследовании явлений, изменяющихся с очень большой скоростью, могут возникнуть искажения, вызванные конечным временем пребывания электрона в отклоняющем поле. Сократить время пролета электрона между пластинами можно за счет уменьшения длины пластин и увеличения ускоряющего напряжения. Кроме этого, при осциллографировании сверхвысокочастотных сигналов возникают искажения, обусловленные емкостью пластин и индуктивностями выводов. Поэтому для расширения частотного диапазона вводы пластин делают короткими, впаянными в колбу непосредственно перед пластинами.
Один из путей создания трубок с высокой чувствительностью, разрешающей способностью и яркостью свечения экрана состоит в использовании дополнительного ускорения электронов луча после его отключения. Такие трубки называют трубками с послеускорением пучка. В этих трубках пучок отклоняется при сравнительно небольшом напряжении второго анода, позволяющем получить приемлемую чувствительность. Далее уже отклоненный пучок дополнительно ускоряется полем третьего анода, расположенного перед экраном трубки. Этот анод представляет собой проводящее покрытие на внутренней поверхности конической части баллона, имеющего самостоятельный вывод, на который подается напряжение 
. В некоторых трубках применяется несколько ступеней послеускорения. Каждая следующая ступень ускорения находится под более высоким напряжением, чем предыдущая.
