Aufbau der Oszilloskop-Anzeigeschaltung
Der Anzeigeschaltkreis besteht aus zwei Teilen: der Oszilloskopröhre und ihrer Steuerschaltung. Das Oszilloskop ist eine spezielle Art von Elektronenröhre und ein wichtiger Teil des Oszilloskops. Die Oszilloskopröhre besteht aus drei Teilen: Elektronenkanone, Ablenksystem und Leuchtschirm.
(1) Elektronenkanone
Die Elektronenkanone wird verwendet, um einen schnellen, fokussierten Elektronenstrom zu erzeugen und zu formen, der den Leuchtschirm bombardiert und ihn zum Leuchten bringt. Sie besteht im Wesentlichen aus Glühfaden F, Kathode K, Steuerelektrode G, erster Anode A1 und zweiter Anode A2. Mit Ausnahme des Glühfadens sind die Strukturen der anderen Elektroden Metallzylinder, und ihre Achsen liegen auf derselben Achse. Nachdem die Kathode erhitzt wurde, kann sie Elektronen entlang der axialen Richtung emittieren; die Steuerelektrode hat ein negatives Potential im Verhältnis zur Kathode. Durch Ändern des Potentials kann die Anzahl der Elektronen geändert werden, die durch die extrem kleinen Löcher gehen, wodurch die Helligkeit der Lichtpunkte auf dem Leuchtschirm gesteuert wird. Um die Helligkeit des Lichtpunkts auf dem Schirm zu erhöhen, ohne die Empfindlichkeit gegenüber der Ablenkung des Elektronenstrahls zu verringern, wird in modernen Oszilloskopröhren zwischen dem Ablenksystem und dem Leuchtschirm eine Nachbeschleunigungselektrode A3 eingefügt.
An die Kathode der ersten Anode wird eine positive Spannung von mehreren hundert Volt angelegt. An die zweite Anode wird eine höhere positive Spannung angelegt als an die erste Anode. Der Elektronenstrahl, der durch das extrem kleine Loch geht, wird durch das hohe Potential der ersten und zweiten Anode beschleunigt und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit auf den Leuchtschirm zu. Da sich gleichartige Ladungen gegenseitig abstoßen, breitet sich der Elektronenstrahl allmählich aus. Durch die Fokussierungswirkung des elektrischen Felds zwischen der ersten und der zweiten Anode werden die Elektronen neu gruppiert und laufen an einem Punkt zusammen. Durch die richtige Steuerung der Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Anode kann der Fokus gerade auf den Leuchtschirm fallen und ein heller, kleiner Punkt wird erscheinen. Durch Ändern der Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Anode kann der Fokus des Lichtflecks angepasst werden. Dies ist das Prinzip der „Fokus“- und „Hilfsfokus“-Anpassung des Oszilloskops. Die dritte Anode wird gebildet, indem die Innenseite des Oszilloskopkegels mit einer Schicht Graphit beschichtet wird. Sie wird normalerweise mit einer sehr hohen Spannung angelegt. Es hat drei Funktionen: 1. Es beschleunigt die Elektronen weiter, nachdem sie das Ablenksystem durchlaufen haben, sodass die Elektronen über genügend Energie verfügen, um den Leuchtschirm zu bombardieren und eine ausreichende Helligkeit zu erzielen. ② Der gesamte Kegel ist mit einer Graphitschicht beschichtet, die eine abschirmende Funktion haben kann. ③ Der Elektronenstrahl bombardiert den Leuchtschirm, um Sekundärelektronen zu erzeugen, und A3 mit hohem Potenzial kann diese Elektronen absorbieren.
(2) Ablenksystem
Die meisten Ablenksysteme von Oszilloskopröhren sind elektrostatische Ablenksysteme, die aus zwei Paaren paralleler Metallplatten bestehen, die senkrecht zueinander stehen und als horizontale bzw. vertikale Ablenkplatten bezeichnet werden. Sie steuern die Bewegung des Elektronenstrahls in horizontaler bzw. vertikaler Richtung. Wenn sich Elektronen zwischen den Ablenkplatten bewegen und keine Spannung an die Ablenkplatten angelegt wird und kein elektrisches Feld zwischen den Ablenkplatten besteht, bewegen sich die Elektronen, die nach dem Verlassen der zweiten Anode in das Ablenksystem eintreten, entlang der Achse und schießen in Richtung Bildschirmmitte. Wenn an der Ablenkplatte eine Spannung anliegt, besteht zwischen den Ablenkplatten ein elektrisches Feld, und die in das Ablenksystem eintretenden Elektronen werden unter der Einwirkung des elektrischen Ablenkfelds an die vorgesehene Position des Leuchtschirms gelenkt.
Wenn die beiden Ablenkplatten parallel zueinander sind und ihre Potentialdifferenz null beträgt, dann bewegt sich der Elektronenstrahl mit der Geschwindigkeit υ, der durch den Raum der Ablenkplatten läuft, entlang der ursprünglichen Richtung (festgelegt als Achsenrichtung) und trifft auf den Koordinatenursprung des Leuchtstoffschirms. Wenn zwischen den beiden Ablenkplatten eine konstante Potentialdifferenz besteht, wird zwischen den Ablenkplatten ein elektrisches Feld ausgebildet. Dieses elektrische Feld steht senkrecht auf der Bewegungsrichtung der Elektronen, sodass die Elektronen in Richtung der Ablenkplatte mit dem höheren Potential abgelenkt werden. Auf diese Weise bewegen sich die Elektronen im Raum zwischen den beiden Ablenkplatten an diesem Punkt tangential entlang der Parabel. Schließlich landen die Elektronen am Punkt A auf dem Leuchtstoffschirm. Dieser Punkt A befindet sich in einer bestimmten Entfernung vom Ursprung (0) des Leuchtstoffschirms. Diese Entfernung wird als Ablenkbetrag bezeichnet und durch y dargestellt. Der Ablenkbetrag y ist proportional zur an die Ablenkplatte angelegten Spannung Vy. Wenn auf die gleiche Weise eine Gleichspannung an die horizontale Ablenkplatte angelegt wird, tritt eine ähnliche Situation ein, mit der Ausnahme, dass der Lichtpunkt in horizontaler Richtung abgelenkt wird.
(3) Leuchtstoffschirm
Der Leuchtschirm befindet sich am Anschluss der Oszilloskopröhre. Seine Funktion besteht darin, den abgelenkten Elektronenstrahl zur Beobachtung anzuzeigen. Die Innenwand des Leuchtschirms des Oszilloskops ist mit einer Schicht aus Leuchtstoff beschichtet, sodass die Stellen auf dem Leuchtschirm, die von Hochgeschwindigkeitselektronen getroffen werden, Fluoreszenz ausstrahlen. Die Helligkeit des Lichtpunkts zu diesem Zeitpunkt hängt von der Anzahl, Dichte und Geschwindigkeit des Elektronenstrahls ab. Wenn die Spannung der Steuerelektrode geändert wird, ändert sich die Anzahl der Elektronen im Elektronenstrahl entsprechend und auch die Helligkeit des Lichtpunkts ändert sich. Bei Verwendung eines Oszilloskops ist es nicht ratsam, einen sehr hellen Lichtpunkt fest an einer Position auf dem Leuchtschirm der Oszilloskopröhre erscheinen zu lassen, da sonst das fluoreszierende Material an dieser Stelle durch die langfristige Einwirkung von Elektronen durchbrennt und somit seine Fähigkeit zur Lichtemission verliert.
Leuchtstoffschirme, die mit verschiedenen fluoreszierenden Substanzen beschichtet sind, zeigen bei Elektroneneinwirkung unterschiedliche Farben und unterschiedliche Nachleuchtzeiten. Normalerweise wird zur Beobachtung allgemeiner Signalwellenformen ein Oszilloskop verwendet, das grünes Licht ausstrahlt und mittellang nachleuchtet. Für die Beobachtung nichtperiodischer Signale wird im Allgemeinen ein Oszilloskop verwendet, das orangegelbes Licht ausstrahlt und ein Oszilloskop mit langer Nachleuchtdauer ist. In Oszilloskopen, die für die Fotografie verwendet werden, werden im Allgemeinen Oszilloskope mit kurzer Nachleuchtdauer verwendet, die blaues Licht ausstrahlen.
