电子束示波器综合实验仪实验指导书

1/23电子束示波器综合试验仪试验指导书10-6mmHgCRTCRT以这种真空器件为核心，协作各种电子电路组成一系列示波、图像显示设备。学习把握电子在电场、磁场中的运动规律及试验方法是今后学习示波电测技术必备的根底。【试验目的】观看电子束的掌握、加速观像，测量不同加速电压下电子束的截止电压。学习电子枪的构造，了解各极电压及电压安排状况。实测各极电压。V1

V2

对静电场聚焦的影响，实测不同加速电压下的聚焦、关心聚焦电压。【仪器设备】WS-JD-DZS型电子束示波器综合试验仪、数字万用表【试验原理】一、 示波管简介示波管分为电子枪、偏转板和荧光屏三部份〔见图1-1〕1.电子枪：由加热电极〔灯丝极〕F、阴极K、栅极〔调制极〕G、加速电极 A2’A2〔关心聚焦极〕组成。A2’A2偏转板：DXX、X’一对；DYY、Y’一对；有吸气剂。8SJ31JF〔加热电极〕通以电流后发热〔6.3V，用于加热阴极K。阴极是一个外表涂有氧化物〔钡、锶的氧化物〕的金属圆筒，经灯丝加热后，温度上升，一局部电子脱离圆筒外表，变成自由电子放射，自由电子在外电场作用下形成电子流。栅极G为顶端带孔〔Ø1mm〕的圆筒，套装在阴极之外，其电位调在比阴极低的水平上，对阴极放射电子起掌握作用。调整栅极电位能掌握射向荧光屏的电子流密度。电子流密度大，电子轰击荧光屏的总功率大，荧光屏上的光点被激发就越亮。当栅极电位调到相对阴极足够负时，将没有电子轰击荧光屏，则屏上光点消逝。此时栅极阴极间的电位差称作调这就是亮度调整。A2阴极高1000V左右，A’是一长金属圆筒，筒内有一对同轴中心孔金属片，用于截获离开轴2线的电子，使电子束有较细截面。加速极后面是第一阳极A

A〔A与A〕1 2 2 2第一阳极电压一般为几百伏，与AAAAA

三极形成的2 2 2 1 2电场除加速作用外，还起着会聚作用，使电子束会聚成很细一束，这种作用称为聚焦，转变AAA1 2 1 1 2 1 1A

电压的电位器称为关心聚焦调整。2 2 2为了使电子束能够打到荧光屏上任何部位，必需使从阴极到屏电子束运动的轨迹能按场来实现，一般示波管承受静电场的方法使电子束偏转，称为静电偏转。静电场由两对相互XX〔或水平偏转板；X另一对能使电子束在Y方向偏转，称Y向偏转板D〔或垂直偏转板。Y二、电子束的电聚焦原理电子束在非均匀静电场中传播，遵从的规律与光线在几种折射率不同的透亮媒质中传33/23场从加速极〔A〕经过栅极G〕到阴极K〕〔见图，这个电场使从阴极外表不同点发出的电2子向栅极方向运动时，在栅极出口前会聚，形成一个电子束穿插点F，由加速极第一阳极、1其次阳极所组成的电聚焦系统，把穿插点F1

成像在示波管的荧屏上，呈现直径足够小的光点F28SJ31JAAA2 1 2

’>V<V属低电势，电子在A

区域运动速度小，会聚作用时间长，合成的电子透A2 A1 A2 1镜仍旧具有会聚性。转变各电极之间的电势差，特别转变V，相当转变电子透镜的焦距。可A1使电子束的会聚点正好落在荧光屏内外表，这是电子射线电聚焦原理。【试验内容】预备：一、在“电子枪”工作区中，给电子枪各极通过连线供电：F6.3V。通过灯丝给阴极加热；②栅极GV:V〔最负、关G G闭〕③阴极K供V:V可调，是输入负高压大小的调整； 居中K K④④AV:V可调，是聚焦调整旋钮；1 1 1居中⑤A供V:V可调，是关心聚焦调整旋钮。2 2 2居中①水平偏转板DX:XVXVV调整电位器调整。X X居中X’V；X’VXX’居中②垂直偏转板DYYVYVV调整电位器调整。Y Y居中Y’供V；Y’VYY’居中三、在“功能转换”工作区中，提起红色按键钮，使处于“电子束”工作状态。四、在“数显高压表”工作区中，插好红〔＋、黑〔－〕表笔。4/23(AC220V)，经教师插检无误后〔电源指示灯亮六、Y、XV光斑处于荧光屏中心。

=0,VY

=0;再微调Y、X调零电位器，使X〔留意光斑变小后亮度会增加，避开烧坏荧光粉，应随时调低亮度〕使光斑小而园。“亮度”左旋到头〔最暗〔顺时针旋到头〕“高压调整”右旋到头〔最高〔顺时针旋到头“关心聚焦”右旋到头〔最高〔逆时针旋到头“亮度”右旋到头〔最亮〔逆时针旋到头〕“高压调整”左旋到头〔最低〔逆时针旋到头“关心聚焦”左旋到头〔最低〔顺时针旋到头工程工程条件UmaxK2UminK2V—VK(V)V—V1max22(V)min范围：U

max—U

min＝ 〔V〕K2 K2UmaxK2U=12～(V)UminK2U=12～(V)① “高压调整”右旋到头〔最高〔顺时针旋到头〕“关心聚焦”右旋到头〔最高〔逆时针旋到头“亮度”调到光斑刚消逝〔截止〔顺时针旋〕②“高压调整”左旋到头〔最低〔逆时针旋到头〕工程条件U—UG KUGK max工程条件U—UG KUGK maxUUGK min本机调制极截止电压范围：_V~_V※8SJ31J示波管制作中的离散性打算了每个管子截止电压范围不尽一样，典型数据为：-35V～-70V.十、电子束阴极电流的测量：摘掉“阴极K—VK

”连线，串入数字万用表直流20mA量程〔留意安全，应在断电状态下操作。经教师检查无误后送电〕①“高压调整”右旋到头〔最大〔顺时针旋到头〕“关心聚焦”右旋到头〔最大〔逆时针旋到头“亮度”左、右旋到头〔最大范围〔左右旋〕②本机最小阴极电流范围“高压调整”左旋到头〔最小〔逆时针旋到头〕参数条件IK(mA)IIKmax参数条件IK(mA)IIKmax0~0~K min十一、调整电子枪处于最正确工作状态，实测各极参数〔以地为参考点〕参数参数VVVVVVV’YV’XV条件KG21YXFF高压调整居中※VFF为示波器灯丝电压，用数字表沟通电压量程测量。

的关系K G 1 2思考题：吗？很多近代检测仪器都是利用带电粒子在电场和磁场中的运动规律设计而成的，例如，示波器、电视机、粒子、质谱仪等。今日，电子技术的应用已深入到了各个领域，因此了解和生疏带电粒子在电磁场中的运动规律已成为学习和把握近代科学技术必不行少的根底学问。本试验主要争论电子在横向电场和横向磁场中的偏转规律，试验中电子的行为同经典粒子一样，它们遵从牛顿运动定律。也就是说，我们争论的电子的运动速度远小于光速因此也不必考虑量子效应。争论电子在横向电场中的运动规律。(2)争论电子在横向磁场中的运动规律。示波管1一个在管子末端的荧光屏，在电子的轰击下可发出可见光，用来显示电子束的轰击点。电子枪的构造如图2所示，自左至右分别是灯丝、阴极K、掌握栅极G、其次栅极加速极A´、2第一阳极A，和其次阳极A。阴极外表涂有锶和钡的氧化物，阴极通过灯丝加热至1200K时将1 2G的工作电位低于阴极约35～70V，只有那些能以限制通过栅极的电子数量，即掌握电子束的强度或屏上光点的亮度。其次栅极A´和其次阳极A相连，它们对阴极的电位约为+1kV左右，用于加速阴极发出的电子。第一阳2 2极A位于A´A之间，它的工作电位V低于A´A的工作电位V，A与A´A与A间的电场构1 2 2

1 2

2 1 2 1 2成电子透镜，它的作用是把从掌握栅极G放射出来的不同方向的电子聚拢，选取适当的V、V1 2值，使从掌握栅极G放射出来的不同方向的电子在荧光屏上聚拢成一个小点。通常将V固定，2通过转变V实现聚拢，所以A电极被称为聚焦电极，电子枪内部各电极电位的凹凸挨次如下：1 1生电偏转。电子枪的各电极均由金属镍材料制成，它既能屏蔽电场，又能屏蔽磁场。电致偏转从阴极放射出来的电子，在其次阳极A射出时在z方向具有速度υ，υ

值取决于阴极2 z zK和其次阳极之间的电位差V。假设电子逸出阴极时的初始动能可以无视不计，那么电子从2其次阳极A〔1.1〕2〔1.1〕

射出时的动能 就由下式确定：yy距离为L，则加速运动。设偏转板上所加电压为V、板长为ι、板间距为dyy距离为L，则t—电子通过ι的时间，t＝ι/υ。z8/238/23〔1.2〕此刻电子的运动轨道与z方向的夹角为〔1.3〕〔1.1〕式，则〔1.3〕〔1.4〕电子到屏上时，在y方向偏移量为〔1.4〕里要指出，假设认真考虑偏转板的构造与电子的运动状况，可以证明，在计算中，上式中的L取为偏转板中心至屏的距离更为准确。磁致偏转本节只争论电子束在横向磁场中的偏转。图4示出了电子在磁场中及离开磁场后的运动状况，ι是磁场范围，L是磁场右边缘至荧光屏的距离。设电子以速度υ垂直射人一均匀z磁场中，由于电子运动的方向始终垂直于磁场，所以电子所受洛仑兹力的大小为9/9/2315/23〔1.6〕假设磁场引起的偏转角很小，则有sin≈θ，cosθ≈1－θ2/2。由图4可见，在电子离开磁场区的时刻，电子轨道的切线与原入射方向间的夹角〔1.7〕〔1.8〕电子离开磁场时刻，横向偏转〔1.8〕电子到达屏上引起光点的横向偏转量D＝Ltanθ+ɑ≈Lθ+ɑ〔1.9〕将〔1.7〕式与〔1.8〕式代入〔1.9〕式，得〔1.10〕考虑到加速电压V〔1.10〕〔1.11〕2〔1.11〕

和电子速度υ的关系,由〔图1.1〕式，得中的磁场可以是电流的磁场，也可以是地磁场。WS-JD-DZS电子束示波器综合试验仪、直流稳压电源、低压电表、直流毫安表。了解示波管的构造，正常工作条件下各电极电压的大小及挨次关系。了解电致偏转时间点的移动与偏转电压V、加速电压V、偏转板的几何尺寸ι、d的关系。2磁致偏转与磁感应强度、加速电压有何关系?V2

的大值和小值?一般相差多少?怎样测量?VV、两组测量?2大 2小Vx

和V怎样测量，怎样把它们置零?y预备(开机找光点)接通电子和场试验仪的电源开关。Vx

Vyx

的旋钮置中间位置，再把X、Y调零旋钮置中间位置(中间位置即该旋钮左右旋到头之一半位置)，然后调整栅极电压，直到光点消灭。调栅极电压，使光点亮度适中，调聚焦电压使电子束聚焦(光点最小)，光点越小越好定位，偏暗一点较适合观看。电致偏转K和V2

K为阴极电位测点，约为1kVV为其次2100V即V大。假设此时间点的聚焦和亮度发生了转变，则需重调好。2将偏转电压Vx

和V置零，然后用X、Y调零旋钮将光点调至屏的中心(偏转电压y调零和测偏转电压均需把低电表的一支表笔接到V2

0)，另一支表笔接到Vx

V的y65V～+65V，测量时应随时依据所测电压的正负而交d换两表笔)。当确定了电致偏转的方向后，用调该方向偏转电压的调整旋钮将光点调至测量的起点〔一般选在网格的左端，或上端处，测出其偏转电压〔通常为一负值电压，待光点每转变一格，测一次偏转电压值1

〕20d重把高压表接人K、V两点，转变阴极电位使加速电压为一较小值(V和V应2相差100V以上)，重复以上步骤，完成电致偏转的其次组测量。

2小 2大1数据表注：VXYVd 2

V是两极板的电压，比方xx’之间的电压d磁致偏转重复电致偏转步骤(1)，V。2

调零，然后将光点用X、Y零旋钮调至屏x yII调回零。s s依据光点的偏移方向用Y置零旋钮把光点调至测量起点(屏的上方或下方)，然后逐步增大II值到光点到8DIs

s s2取V为一较小值V，重复以上步骤，完成磁致偏转试验的其次组测量并填22 2中。

2数据表操作时防范触电，示波管的阴极和栅极电位约为1000多伏的负电压。1500V，低压表用于测偏转电压，100VD－VD·V-VV

为横坐标；②假设D=0.0d 2 d d时的偏转电压V´(0.0)不为零，则在画曲线之前应先进展坐标变换，设V´d d为测量数据，则变换公式为V(i)=V´(i)-V´(0.0)d d d分析以上曲线，从中归纳出电子在横向电场中偏转的规律来。(3)(4)分析上图，总结出磁致偏转的规律来。(3)致偏转的V和Vxy2大 2小么么转变?这样的电子束在电致偏转试验中又会如何转变?在磁致偏转中，假设除磁场外，还在一对偏转板上加以电压，两种偏转就能相互抵消。应当用哪一对偏转板?假设此时两种偏转已相互抵消，然后再增加V，这时将会消灭什么现象?2和争论，有助于我们对很多利用磁透镜组成的现代器的原理和应用的理解；还可利用该现象获得电子荷值比，以便加深对电子性质的生疏。【预习提要】认真阅读电子束试验仪说明书，了解其构造、原理和使用方法。(2)什么是电子束的磁聚焦现象，怎样解释?(3各次聚焦的励磁电流量值间有何关系?【试验要求】争论示波管内电子束在磁场中的螺旋运动。(2)了解电子束的纵向磁场聚拢原理及现象。【试验目的】。【试验仪器】电子束示波器综合试验仪WS-JD-DZS(含全套导连线)【试验原理】假设将示波管的加速电极A,2

A1

并相对于阴极K加一电压V(即加2速电压)，这样，电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运动。这时来自电子束交叉点F(见图1)发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个光斑。11616/23左右，因此，可以认为离开电子束穿插点FB(电场为零)中以速度1υFF＝－eυ×B (1)当υBF(2)动，维持电子作匀速圆周运动的力就是洛仑兹力，即(2)或〔3〕T〔3〕圆一周所需的时间是一样的。只是速度越大的电子所绕的圆周的半径也越大。这一结论很重要，它是磁聚焦的理论依据。行的轴向速度和与B垂直的径向速度两局部，如图1所行的轴向速度和与B垂直的径向速度两局部，如图1所且保持不变，即电子沿管轴方向作匀速运动。且保持不变，即电子沿管轴方向作匀速运动。由于的存在，电子受到洛仑兹力作用，又要绕轴作圆周运动，则合成的电子运动的轨迹将为一条螺旋线，如图3所示。其螺距为由于的存在，电子受到洛仑兹力作用，又要绕轴作圆周运动，则合成的电子19/23FF1各不一样，B(转变B(转变的大小可通过调整加速电极的电压U来到达；转变B的大小可调整产生磁场B的螺线管中的励磁电流I来到达)的大小，使电子在经过ι(从电子束F1

到荧光屏的距离)长的路程正好为整数个螺距h，这时电子束又将在荧光屏上下面介绍用电子束的纵向磁场聚焦法测电子荷值比。从前面的争论我们知道，电子的轴向速度 应是由加速电压U2

打算〔由于电子离开阴极时的初速相对来说很小，可以无视，故有所以θ角不同，径向TB的大小，使螺距正好等于电子束穿插点F1

到荧光屏之间的距离ι，这时荧光屏上的光斑就聚焦成一个小亮点。由于故电子荷值比为仍用薄螺线管公式计算，即有〔6〕〔5〕仍用薄螺线管公式计算，即有〔6〕〔5〕式中,μ＝4π×10－7N/A(真空中的磁导率)；n0A，螺线管的平均直径为D，并认为电子束聚焦磁场均匀，且M(6)3)。〔8〕〔7〕设螺线管的线圈总匝数为N，则得试验计算电子荷值比公式为〔8〕〔7〕D、NU2

肯定，测得聚焦电流I，即可由式(8)计算电子比荷试验值。【试验内容】观看电子束磁聚焦现象。测电子比荷试验的简化电路如图4所示。测量前应搞清此电路。AAYX2 1地，这时电子一进入加速电极就在零电场中作匀速运动。因此，来自电子束穿插点F1

发散的B，I，即可观看到磁聚焦现象(屏上的光斑渐渐会聚成小的光点)。连续增加电流，以增加螺线管中磁场B，这时将观看到其次次聚焦、第三次聚焦。试用前面争论过的理论解释观看到的现象。※因电子束在做螺旋运动中会遇到四周电极，应给XY’供调零电压VV’将光斑调在X Y〔多数为三、四相限〕4)U＝1100V、1000V、900V2一次、其次次、第三次聚焦时的励磁电流I、I、I，并重复多测几次求其平均值，【数据处理】1【数据处理】

1 2 3聚焦电流