Das Oszilloskop besteht aus drei Teilen: der Elektronenkanone, dem Ablenksystem und dem Leuchtschirm.
(1) Elektronenkanone
Die Elektronenkanone wird verwendet, um einen schnellen, mehrstrahligen Elektronenstrom zu erzeugen und zu bilden, der den Leuchtschirm bombardiert und ihn zum Leuchten bringt. Sie besteht im Wesentlichen aus dem Glühfaden F, der Kathode K, dem Steuerpol G, der ersten Anode A1 und der zweiten Anode A2. Außer dem Glühfaden bestehen die restlichen Elektroden aus Metallzylindern, deren Achsen auf derselben Achse liegen. Nachdem die Kathode erhitzt wurde, kann sie Elektronen entlang ihrer Achse emittieren. Der Steuerpol hat im Verhältnis zur Kathode ein negatives Potential, und durch Veränderung des Potentials kann die Anzahl der Elektronen verändert werden, die durch die kleinen Löcher des Steuerpols passieren, d. h. die Helligkeit des Lichtpunkts auf dem Leuchtschirm gesteuert werden. Um die Helligkeit des Lichtpunkts auf dem Schirm zu verbessern, ohne die Empfindlichkeit der Elektronenstrahlablenkung zu verringern, wird bei modernen Oszilloskopen zwischen dem Ablenksystem und dem Leuchtschirm außerdem eine hintere Beschleunigungselektrode A3 eingefügt.
An die erste Anode wird eine positive Spannung von etwa mehreren hundert Volt in Bezug auf die Kathode angelegt. An die zweite Anode wird eine höhere positive Spannung als die der ersten Anode angelegt. Der Elektronenstrahl, der durch das kleine Loch im Steuerpol geht, wird unter der Wirkung der hohen Potentiale der ersten und zweiten Anode beschleunigt und bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Leuchtschirms. Aufgrund der gleichgeschlechtlichen Ladungsabstoßung 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 geeignete Steuerung der Größe der Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Anode können Sie den Fokus genau auf den Leuchtschirm fallen lassen, wodurch ein heller kleiner Punkt angezeigt wird. Eine Änderung der Potentialdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Anode kann eine Rolle bei der Regulierung des Fokus des Lichtpunkts spielen, was das Prinzip der Einstellung von „Fokus“ und „Hilfsfokus“ des Oszilloskops ist. Die dritte Anode ist der mit einer Graphitschicht überzogene Kegel des Oszilloskops. Normalerweise wird er bei hoher Spannung angelegt und hat drei Aufgaben: 1. Die Elektronen werden durch das Ablenksystem weiter beschleunigt, damit sie genügend Energie haben, um den Bildschirm zu bombardieren und eine ausreichende Helligkeit zu erzielen. 2. Der Kegel ist mit einer Graphitschicht überzogen, die eine abschirmende Funktion haben kann. 3. Der Beschuss des Bildschirms durch einen Elektronenstrahl erzeugt Sekundärelektronen. Bei einem hohen Potential A3 können diese Elektronen absorbiert werden.
(2) Ablenksystem
Das Ablenksystem eines Oszilloskops ist meist ein elektrostatisches Ablenksystem, das aus zwei Paaren senkrecht zueinander stehender, paralleler Metallplatten besteht, die als horizontale und vertikale Ablenkplatten bezeichnet werden. Sie steuern jeweils die Bewegung des Elektronenstrahls in horizontaler und vertikaler Richtung. Wenn sich Elektronen zwischen den Ablenkplatten bewegen und keine Spannung an den Ablenkplatten anliegt und kein elektrisches Feld zwischen den Platten besteht, bewegen sich die Elektronen, die nach Verlassen der zweiten Anode in das Ablenksystem eintreten, in axialer Richtung und schießen in die Bildschirmmitte. Wenn an der Ablenkplatte Spannung anliegt, besteht zwischen den Ablenkplatten ein elektrisches Feld und die in das Ablenksystem eintretenden Elektronen werden unter der Einwirkung des ablenkenden elektrischen Felds in die angegebene Position des Leuchtschirms geschossen.
Wenn die beiden Deflektorplatten parallel zueinander sind und ihre Potentialdifferenz gleich Null ist, dann bewegt sich der Elektronenstrahl, der mit der Geschwindigkeit υ durch den Raum der Deflektorplatten läuft, in die ursprüngliche Richtung (festgelegt auf die Richtung der Achse) und trifft auf den Ursprung der Koordinaten des Leuchtstoffschirms. Wenn zwischen den beiden Deflektorplatten eine konstante Potentialdifferenz besteht, dann bildet sich zwischen der Deflektorplatte ein elektrisches Feld, das elektrische Feld und die Bewegungsrichtung der Elektronen senkrecht zur Bewegungsrichtung, sodass die Elektronen in Richtung der Deflektorplatte mit dem höheren Potential abgelenkt werden. Somit bewegen sich die Elektronen im Raum zwischen den beiden Deflektorplatten an diesem Punkt tangential entlang der Parabel. Schließlich landet das Elektron am Punkt A auf dem Leuchtstoffschirm, der sich in einiger Entfernung vom Ursprung des Schirms (0) befindet, und diese Entfernung wird als Ablenkung bezeichnet, die mit y bezeichnet wird. Die Ablenkung y ist proportional zur an die Deflektorplatte angelegten Spannung Vy. Wenn eine Gleichspannung an die horizontale Ablenkplatte angelegt wird, entsteht eine ähnliche Situation, mit der Ausnahme, dass der Lichtpunkt in horizontaler Richtung abgelenkt wird.
(3) Leuchtstoffschirm
Der Leuchtschirm befindet sich am Ende des Oszilloskops und dient dazu, den abgelenkten Elektronenstrahl zur Beobachtung anzuzeigen. Die Innenwand des Leuchtschirms des Oszilloskops ist mit einer Schicht Leuchtstoff beschichtet, sodass die Stellen auf dem Bildschirm, die von Hochgeschwindigkeitselektronen getroffen werden, fluoreszieren. Die Helligkeit des Lichtflecks wird durch die Anzahl und Dichte des Elektronenstrahls und seine Geschwindigkeit bestimmt. Wenn Sie die Spannung des Steuerpols ändern, ändert sich die Anzahl der Elektronen im Elektronenstrahl, wodurch sich auch die Helligkeit des Lichtflecks ändert. Bei der Verwendung von Oszilloskopen ist es nicht ratsam, einen sehr hellen Lichtpunkt an einer Position auf dem Leuchtschirm des Oszilloskops zu fixieren, da sonst der Punkt des Leuchtstoffs aufgrund der langfristigen Einwirkung von Elektronen verbrennt und somit die Fähigkeit verliert, Licht auszusenden.
Der mit verschiedenen fluoreszierenden Substanzen beschichtete Leuchtschirm zeigt beim Auftreffen der Elektronen unterschiedliche Farben und Nachleuchtzeiten. Zur Beobachtung allgemeiner Signalwellenformen wird üblicherweise ein grünes Licht verwendet, ein Nachleuchtoszilloskop wird üblicherweise zur Beobachtung nichtperiodischer und niederfrequenter Signale ein orange-gelbes Licht verwendet, ein Langnachleuchtoszilloskop wird üblicherweise zur Beobachtung fotografischer Oszilloskope verwendet, ein Kurznachleuchtoszilloskop mit blauen Haaren.
