Radosław Mikuła

Politechnika Wrocławska - Instytut Fizyki

Wydział: EKA

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 50.

TEMAT: Badanie ruchu elektronów w lampie oscyloskopowej

1. Cel ćwiczenia

Odchylanie zogniskowanej wiązki elektronów w poprzecznym polu elektrycznym oraz pomiar napięcia za pomocą lampy oscyloskopowej.

2. Wstęp teoretyczny

pokrętło jasności;

pokrętło ostrości;

regulacja napięcia na płytkach pionowych;

regulacja napięcia na płytkach poziomych;

przełącznik napięcia przyśpieszającego;

wyjście na płytki poziome;

wyjście na płytki pionowe.

Urządzenia użyte w ćwiczeniu:

Lampa oscyloskopowa;

Zasilacz lampy (wykorzystano zasilacz anodowy typ 2);

Dzielnik napięcia typ DN 101;

Multimetr V562.

BUDOWA I ZASADA DZIAłANIA LAMPY OSCYLOSKOPOWEJ:

Schemat lampy oscyloskopowej

K - katoda;

G - grzejnik katody;

W - cylinder Wehnelta;

A1, A2 - anody;

E - ekran;

y1, y2 - płytki odchylania pionowego;

x1, x2 - płytki odchylania poziomego;

J - regulacja jasności plamki;

O - regulacja ostrości plamki.

W zamkniętej i opróżnionej z powietrza rurze szklanej jest umieszczony, wzdłuż osi symetrii, system elektrod. Na dnie stożkowo poszerzonej części rury znajduje się ekran fluoryzujący E, który w postaci półprzeźroczystej warstwy pokrywa wewnętrzną powierzchnię dna. Katoda K, pośrednio żarzona, jest umieszczona wewnątrz osłony metalowej, zwanej cylindrem Wehnelta W. Naprzeciw otworu w cylindrze na płaskim dnie katody znajduje się warstwa tlenków emitująca elektrony. Cylinder Wehnelta ma potencjał ujemny względem katody. Przy zmianie wartości tego potencjału (potencjometrem J) zmienia się natężenie wiązki elektronów przechodzących przez otwór w cylindrze, co powoduje zmianę jasności plamki świetlnej na ekranie. Do przyspieszania elektronów i ogniskowania wiązki służą umieszczone współosiowo dwie anody A1 i A2. W wyniku zmiany potencjału pierwszej anody A1 za pomocą potencjometru O zmienia się stopień zogniskowania (ostrość) plamki świetlnej. System elektrod złożony z katody, cylindra Wehnelta i obu anod nazywa się wyrzutnią elektronową. Różnica potencjałów między drugą anodą a katodą jest napięciem przyspieszającym elektrony i decyduje o ich prędkości końcowej.

Do odchylania wiązki elektronów od kierunku osiowego służą dwie pary płytek odchylających. y1, y2 są umieszczone poziomo i służą do odchylania pionowego, natomiast x1, x2 są umieszczone pionowo i powodują odchylanie poziome wiązki elektronów.

3. Wyznaczanie czułości oscyloskopu C

Znając napięcie i odpowiadające mu odchylenie plamki można obliczyć ze wzorów

,

czułość płytek odchylających.

a) dla płytek odchylania pionowego (x)

Błąd bezwzględny pomiaru odchylenia plamik wynosi 1/4 średnicy plamki i jest równy 0.05 [cm], natomiast błąd bezwzględny pomiaru przyrostów x, równy jest podwojonemu błędowi pomiaru odchylenia plamki czyli 0.1 [cm] (Δ(Δx)).

I napięcie przyspieszające
x [cm]	Δx [cm]	Δ(Δx) [cm]	Ux1 [V]	ΔUx1 [V]	Δ(ΔUx1) [V]	Cx1 [cm/V]	ΔCx1 [cm/V]
0	-	-	-18.4	-	-	-	-
1	1	0.1	-5.8	12.6	-0.52	0.0794	0.0035
2	1	0.1	+5.7	11.5	0.58	0.0870	-0.0041
3	1	0.1	+17.5	11.8	0.28	0.0847	-0.0018
4	1	0.1	+29.7	12.2	-0.12	0.0820	0.0009
5	1	0.1	+42.0	12.3	-0.22	0.0813	0.0016
-	-	0.1	-	12.08	0.35	0.0829	0.0024

II napięcie przyspieszające
x [cm]	Δx [cm]	Δ(Δx) [cm]	Ux2 [V]	ΔUx2 [V]	Δ(ΔUx2) [V]	Cx2 [cm/V]	ΔCx2 [cm/V]
0	-	-	-19.6	-	-	-	-
1	1	0.1	-3.6	16.0	0.46	0.0625	-0.0015
2	1	0.1	+12.0	15.6	0.86	0.0641	-0.0031
3	1	0.1	+27.3	15.3	1.16	0.0654	-0.0044
4	1	0.1	+45.6	18.3	-1.84	0.0546	0.0065
5	1	0.1	+62.7	17.1	-0.64	0.0585	0.0026
-	-	0.1	-	16.5	1.0	0.0610	0.0037

Δx₂ = |x₂ - x₁| = |1 - 0| = 1 [cm]

ΔU_x = |U_x2-U_x1| = |-3.6 + 19.6| = 16.0 [V]

Δ(ΔU_x) = 16.46 - 16.0 = 0.46 [V]

C_x = 1 / 16.0 = 0.0625 [cm/V]

ΔC_x = 0.0610 - 0.0625 = -0.0015 [cm/V]

Zależnośc x=f(U_x) dla I napięcia przyspieszającego.

Zależnośc x=f(U_x) dla II napięcia przyspieszającego.

b) dla płytek odchylania poziomego (y)

I napięcie przyspieszające
y [cm]	Δy [cm]	Δ(Δy) [cm]	Uy1 [V]	ΔUy1 [V]	Δ(ΔUy1) [V]	Cy1 [cm/V]	ΔCy1 [cm/V]
0	-	-	-8.1	-	-	-	-
1	1	0.1	-19.0	10.9	-0.6	0.0917	0.0056
2	1	0.1	-29.0	10.0	0.3	0.1000	-0.0027
3	1	0.1	-39.7	10.7	-0.4	0.0935	0.0038
4	1	0.1	-49.5	9.8	0.5	0.1020	-0.0047
5	1	0.1	-59.6	10.1	0.2	0.0990	-0.0017
-	-	0.1	-	10.3	0.4	0.0973	0.0037

II napięcie przyspieszające
y [cm]	Δy [cm]	Δ(Δy) [cm]	Uy2 [V]	ΔUy2 [V]	Δ(ΔUy2) [V]	Cy2 [cm/V]	ΔCy2 [cm/V]
0	-	-	-10.7	-	-	-	-
1	1	0.1	-25.1	14.4	-0.4	0.0694	0.0023
2	1	0.1	-38.9	13.8	0.2	0.0725	-0.0008
3	1	0.1	-54.0	15.1	-1.1	0.0662	0.0055
4	1	0.1	-66.6	12.6	1.4	0.0794	-0.0077
5	1	0.1	-80.7	14.1	-0.1	0.0709	0.0008
-	-	0.1	-	14.0	0.7	0.0717	0.0035

Zależnośc y=f(U_y) dla I napięcia przyspieszającego.

Zależnośc y=f(U_y) dla II napięcia przyspieszającego.

4. Pomiar napięcia za pomocą lampy oscyloskopowej

Proporcjonalność odchylenia plamki do napięcia odchylającego jest bardzo cenną własnościa lampy oscyloskopowej, umożliwiającą jej zastosowanie do celów pomiarowych. Znając C_x lub C_y danej lampy, o określonym U można użyć ją do pomiaru napięcia mierząc wartość odchylenia wywołanego przez to napięcie.

a) pomiar dla płytek odchylania pionowego (x)

	U1 przyspieszające					U2 przyspieszające
Zakres dzielnika	d [cm]	Umax [V]	δUmax [%]	DUmax [V]	Usk [V]	d [cm]	Umax [V]	δUmax [%]	DUmax [V]	Usk [V]
1	4.5	27.14	5.2	1.42	19.19	3.5	28.69	9.0	2.59	20.28
2	7	42.22	4.4	1.86	29.85	5	40.98	8.1	3.32	28.98

b) pomiar dla płytek odchylania poziomego (y)

	U1 przyspieszające					U2 przyspieszające
Zakres dzielnika	d [cm]	Umax [V]	δUmax [%]	DUmax [V]	Usk [V]	d [cm]	Umax [V]	δUmax [%]	DUmax [V]	Usk [V]
1	5.5	28.26	4.8	1.36	19.98	4	27.89	8.6	2.40	19.72
2	8.5	43.68	4.1	1.80	30.89	6.5	45.33	7.7	3.49	32.05

d - długość odcinka

Δd = 0.1 [cm] - błąd bezwzględny pomiaru długości odcinka

c - czułość oscyloskopu

Δc - błąd bezwzględny czułości

5. Wnioski

Pomiary oscyloskopowe nie pozwalają na uzyskanie wielkiej dokładności. Przyczyną tego są zbyt duże rozmiary plamki świetlnej w stosunku do mierzonych wychyleń, nieostrość jej brzegów oraz niestałość (plamka drgała).

W wyniku tego niektóre napięcia zmierzone zostały z dosyć dużym błędem np.(45.33 ± 3.49)[V] (II napięcie przyspieszające, pomiar dla płytek odchylania poziomego y). Dla pierwszego napięcia przyspieszającego błedy względne a co za tym idzie bezwzględne są nieco mniejsze, zarówno przy wyznaczaniu czułości oscyloskopu (0.0829 ± 0.0024)[cm/V] jak i mierzonych napięć (28.26 ± 1.36)[V] (pomiar dla płytek odchylania poziomego).

8

---