6.4.4. Анализатор скорости заряженных частиц.
Если при движении частицы с зарядом q в однородном электростатическом поле компонента скорости vх по направлению противоположна электростатической силе, то для положительно заряженной частицы vo<0, а для отрицательно заряженной частицы v0>0. Электростатическое поле в этом случае будет замедлять частицу до тех пор, пока она не столкнется с электродом или же не изменит направление движения и будет ускорена по направлению к противоположному электроду.
Пусть положительно заряженная частица начинает движение от отрицательного электрода с наибольшим абсолютным значением потенциала, причем vх-компонента направлена к другой обкладке. Сможет ли данная частица достичь этой обкладки?. Да, если компонента скорости vх достаточно велика, чтобы противодействовать электростатической силе, пока частица пройдет расстояние d в направлении х (рис. 12.4). Следовательно, в случае v0y=v0z=0, когда частица движется перпендикулярно обкладкам, её начальная кинетическая энергия должна быть больше величины qU, то есть частица может достигнуть противоположной обкладки при условии:
.
(38.4)
Частицы с меньшей кинетической энергией будут остановлены (и ускорены в противоположном направлении), прежде чем они достигнут противоположной обкладки. Если имеется источник заряженных частиц с разными кинетическими энергиями, то можно измерить распределение частиц по энергиям (скоростям), непрерывно изменяя напряжение на конденсаторе и измеряя ток, проходящий через положительную пластину с небольшим потенциалом. Очевидно, что при любом значении U этот ток пропорционален числу частиц с начальной энергией, превышающей qU.
7.4.4. Осциллографическая трубка.
В ходе физического эксперимента измеряемые физические величины (температура, давление, переменный ток, световой поток и т. д.) как правило, изменяются со временем. При наличии датчиков позволяющих преобразование параметров указанных величин в соответствующие электрические импульсы их можно зарегистрировать на экране электронного прожектора в зависимости от времени практически без искажения. В этом случае электрические импульсы, описывающие временной ход изучаемой величины, подаются на отклоняющую систему, которая состоит из двух пар взаимно перпендикулярных X и Y отклоняющих пластин (плоский конденсатор рис. 15.4) размещенных в электронном прожекторе между вторым анодом и экраном.
а б
Рис. 18.4. Схема получения осциллограммы
на экране электронно-лучевой трубки.
Для наблюдения на экране электронного прожектора временных диаграмм (осциллограмм) к X-пластинам трубки подводится напряжение пилообразной формы (рис.18.4,а). Если напряжение на Y-пластинах отсутствует (Uy=0), то светящаяся точка на экране с постоянной скоростью будет совершать колебательное движение (перемещаться по экрану из точки 0 в точку 4 по прямой линии рис. 18.4,б). При этом, если период пилообразного напряжения Тy ≤ 0,1 секунды, то на экране будет просматриваться не бегущее пятно, а прямая светящаяся линия, что объясняется инертностью нашего зрения.
При подаче на Y – пластины исследуемого периодического сигнала измеряемой величины, электронный луч (светящееся пятно на экране) начнет отклоняться и в вертикальном направлении. Если исследуемый сигнал будет гармоническим колебанием с периодом Ту = Тх (рис. 18.4,а), то при совместном воздействии на электронный луч отклоняющих напряжений светящееся пятно в пределах каждого периода Тх будет перемещаться на экране по криволинейно траектории 0,1,2.3,4 воспроизводящей в соответствующем масштабе форму исследуемого сигнала, называемого осциллограммой. Для получения устойчивого изображения на экране необходимо строгое выполнение равенства (синхронизации) Тх=nТу, где n-целое число, соответствующее количеству наблюдаемых на экране периодов исследуемого сигнала.
Для того чтобы на экране не просматривался обратный путь светящегося пятна при его движении из точки 4 в точку 0, электронный луч на это время «гасится» отрицательным импульсом напряжения, подаваемого на электрод Венельта, обеспечивающем Uв ≥ Umax . Для точного воспроизведения осциллограммы необходимо, чтобы отклонения луча происходило прямо пропорционально приложенным к пластинам отклоняющим напряжениям, т.е. чтобы чувствительность трубки (отдельно для X и Y пластин) во всех точках экрана была одинаковой. Ранее отмечалось, что чувствительностью электростатической трубки называют величину определяемую отношением величины отклонения светящегося пятна от центра экрана (D) к величине отклоняющего напряжения. Ввиду искажения электрического поля на краях отклоняющих пластин по причине взаимного влияния полей между пластинами и вторым анодом чувствительность трубки по центру и по краям оказывается неодинаковой. Поэтому в практике конструирования приборов хорошего воспроизведения добиваются специальной конфигурацией пластин (рис. 14.4) при которой компенсируются краевые эффекты.