示波管DSⅡA型电子束试验仪示波管显示参量切换激励电流电流显示.ppt

1、实 验 八,电子束的线偏转与聚焦研究,实验目的 实验原理 实验仪器 实验方法与步骤 实验数据处理 注意事项 思考与练习,实验目的,1.了解示波管的基本结构和电偏转、电聚焦 的原理，测量示波管的电偏转的灵敏度。 2.研究纵向不均匀电场对电子束的聚焦作用。3.了解示波管中电子束的磁偏转原理，测绘示波管磁偏转量随电流变化的曲线。 4.了解电子束在磁场中的螺旋运动情形及其聚焦原理，观察磁聚焦的现象。通过磁聚焦原理测量电子的荷质比。,带电子粒子在电场、磁场中的运动规律在电子技术领域具有广泛的应用。本实验将研究电子在电场和磁场的偏转和聚焦运动。 一、示波管的基本结构： 本实验采用DS-A型电子束实验仪,实

2、验仪上带有8SJ45J型电子示波管,也就是示波器中的示波管。,实验原理,示波管原理图,H H钨丝的热电极 K阴极 G1栅极 G2聚焦极 A1第一加速阳极 A2第二加速阳级 X1X2水平偏转板 Y1Y2垂直偏转板,实验仪平视图,示波管,DS-A型电子束实验仪,实验仪器面板,当电流通过钨丝阴极K被加热后，筒端的钡与锶氧化物涂层内的自由电子获得较高的动能，从表面逸出。因为第一加速阳极A具有（相对阴极K）很高的电压（如1000伏），在K-G-A1之间形成强电场，故从阴极逸出的电子在电场中的加速运动，穿过G的小孔（直径约1mm）,以高速穿过G2、A1及A2筒内的限制孔，形成一束电子射线，电子最后打到荧光

3、屏上，这上面涂有一满层的特殊荧光物质，在电子的轰击下发出可见光。,仪器介绍,二、电偏转系统 1、偏转电场的形成与简化 在两排平行板间加电压就可以形成电场。当平行板间的距离d比长度L小得多时，可以认为它形成的空间电场是均匀的，且在平行板的界外电场为零。 电子在均匀电场内以 从平行于板的方向进入电场，在电场力的作用下,在y方向（垂直 方向）产生偏离位移。,仪器原理,U偏转电压 d板间距离 l板长 电子离开电场后不受电场力作用,将作匀速直线运动，等效直接从A点（板中点位置）直接射出（如图所示），故,仪器原理,令,有,如果加速电压为U2,则,故,仪器原理,示波管的Y方向电偏转灵敏度 ：,在X方向同理得

4、,仪器原理,三、 电子束的聚焦与辉度的控制： 人们最初想把极板上的圆孔做成足够小可得任意细小的电子束，然而电子向不同方向离开加热阴极，只能有很小部分的电子正好向着阳极小孔方向运动，大多数电子不能达到荧光屏。不过，我们可以利用适当形状的电场来改变初速度不在管轴方向的那些电子的方向，从而得到比较强的电子束和比较亮的光点。在电子枪内的第一加速阳极 与第二加速阳极 之间形成一个静电透镜,可解决上述问题。其作用的原理如下：,仪器原理,如图C给出了静电透镜聚焦作用的几何示意图，这是假定电子 在两聚焦电极之间的区 域的路程远小于电子的 总路程时电子运动的轨 迹简化形式。假定从第 一加速极出来的那些电 子具有

5、相同的轴向分量 ，但具有不同的径向速度分量。,仪器原理,在图C中任取一点P，电子在该处是总会沿着F与 之间的某一方向运动，分析不同的点同样可得出电子的运动的轨迹如图c所示，达到电聚焦的作用。若轴向分量 不同,只是打到荧光屏的时间不同，但也可与前面或后面运动的电子在荧光屏上重合，但不能与同时出发的电子在荧光屏上同时重合。聚焦作用的强弱可以通过改变 之间的电压，从而改变其间的场强来实现的。,仪器原理,四：磁偏转系统： 1：偏转磁场的形成及其简化 在螺线管上通上恒定的电流，管内磁场为匀强磁场，在其边缘部分发生畸变。可以把管内作为匀强磁场，管外磁感应强度作为零，达到简化的目的。 2：磁偏转原理： 电子

6、以速度v沿z轴方向垂直B 运动，这时电子作匀速圆周运动，到达磁场外不受洛仑兹力，则以刚出磁场瞬间的速度作匀速直线运动。,仪器原理,五：磁聚焦原理： 在示波管外套一个同轴的螺线管，当给螺线管通以稳恒直流电时，其内部形成一个轴向磁场。若螺线管足够长，则可认为内部为匀强磁场。 电子进入匀强磁场后，将会以轴向速度作匀速直线运动。同时以径向速度 作匀速圆周运动。其合运动是一个螺旋线运动。,仪器原理,由于匀速圆周运动周期 与 无关。故只要电子的轴向速度相同，经过 整数周期后会聚焦于荧光屏上的一点，这就是磁聚焦。 电子作螺旋运动的螺距：,仪器原理,从前面的谈论可知,电子的轴向速度 由加速电压决定(电子离开阴

7、极时的初速度相对来说很小,可以忽略),固有,电子荷质比测量,即有,h,可见电子在匀强磁场中运动时，具有相同的轴向速度，但由于电子发射方向各异，导致径向速度不同。因此他们在磁场中将作半径不同但螺距相同的螺线运动，经过时间T后,在相同的地方聚焦。,电子荷质比测量,故电子的荷质比为：,电子荷质比测量,调节磁场B的大小，使螺距正好等于电子束交叉点到荧光屏的距离L,这时荧光屏上的光斑就汇聚成一个小点。由于：,实验用螺线管可近似为薄螺线管，按薄螺线管计算公式有：,式中：,n为螺线管单位长度线圈匝数,电子荷质比测量,设螺线管的线圈总匝数为N，则实验计算电子荷质比公式为：,各实验参数由实验室给出。,设螺线管的

8、长度为A，螺线管平均直径为D，并认为电子束聚焦磁场均匀，则有,电子荷质比测量,1：电子在横向电场作用下的偏转。 2：电子在纵向不均匀电场作用下的运动（电聚焦）。 3：电子束的磁偏转。 4：电子在纵向磁场作用下的运动（电子螺旋运动）。 5：电子的荷质比的测量,实验内容,实验指导,一：实验操作技巧： 本实验采用套装仪器，故只要将有关原理弄清楚,再熟悉仪器的有关操作,知道实验操作的内容。这样有的放矢地进行操作，很容易完成本实验这么多的任务。 二：实验操作时注意事项： 1：由于本实验的电压有的达到1000伏，故特别要注意安全。 2：示波管的亮度不要长时间打得太亮，否则，荧光屏易老化，影响显示效果。,数

9、据记录,1. 水平偏转测量：保持加速电压和聚焦电压不变，每1cm测量一次。画出变化曲线。 2. 水平偏转测量：保持加速电压和聚焦电压不变，每1cm测量一次。画出变化曲线。 3 . 验证第一聚焦条件：使荧光屏上的光点达到最佳聚焦，记下不同组合时的数值。通过作图法求出。 4. 磁偏转：不同的加速电压下，测量偏转量D随激励电流I的变化，绘出相应的曲线。 5. 电子荷质比的测量：改变激励电流I，记下第一次，第二次和第三次聚焦的激励电流，重复五次平均值，带入公式求荷质比。,问题与解答,1. 实验过程中有时会出现找不到光点（光斑）的情况，可能的原因和解决的办法如下： （1）亮度不够。解决的办法是适当增加亮度。 （2）已经加有较大的电偏电压（x方向或和y方向），使光点偏出示波器的屏幕。此时应通过调节电偏转旋钮，使偏转电压降为零。 2 .电偏转实验时光点轨迹与x（或y方向）有夹角， 解决办法：旋转示波管，消除夹角,一：分析与思考： 1：为