لامپ پرتوی کاتدی

[pesare irani 41805]

● مفاهیم پایه لامپ پرتوی کاتدی

این وسیله از نظر ظاهر و ساختمان شبیه لامپی است که برای بررسی اثر میدانهای الکتریکی و آهنربایی پرتوهای کاتدی به کار می‌رود. تفاوت اساسی در این است که قبلا کاتد سرد بود و به علت بمباران با یونها ، الکترون گسیل می‌کرد. حالا چشم الکترون تفنگ الکترونی است که در قسمت باریک لامپ قرار دارد.

● تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی عبارت است از کاتد التهابی (رشته) که الکترون گسیل می‌کند و آند که به شکل قرصی با سوراخ کوچک با قطری برابر با ۱ تا ۳mm ساخته می‌شود. اختلاف پتانسیلی از چند صد تا چند هزار ولت بین کاتد و آند برقرار می‌شود که در فضای بین آنها میدان الکتریکی شدیدی تشکیل می‌شود.

این میدان به الکترودهایی که از کاتد گسیل می‌شوند تا سرعتهای بسیار بالایی شتاب می‌دهند.

کاتد داخل استوانه فلزی است که به آن ولتاژ مثبتی (نسبت به کاتد) اعمال می‌شود که اندکی از ولتاژ آند کمتر است. عمل مشترک این استوانه و آند باعث می‌شوند که تقریبا تمام الکترونها در سوراخ آند جمع (کانونش پرتوهای کاتدی) و از آن به شکل نوار باریکی ، یعنی باریکه الکترونی ، خارج شوند. در محلی که این باریکه به پرده می‌خورد (ته لامپ که با ماده لیان پوشیده شده است)، نقطه تابان روشنی ظاهر می‌شود.

● طرز کار لامپ پرتوی کاتدی

باریکه الکترونی خارج شونده از تفنگ الکترونی ، در مسیرش به طرف پرده ، از بین دو جفت صفحه‌های فلزی موازی می‌گذرند. اگر به جفت صفحه‌های اول ، ولتاژی اعمال شود، میدان یکنواختی ایجاد می‌شود و الکترونهایی را که از آن می‌گذرند به طرف صفحه‌ای مثبت منحرف می‌کند و لکه روشن روی پرده در امتداد افقی به طرف چپ یا راست منحرف خواهد شد. به همین ترتیب ، اگر ولتاژی به جفت صفحات دوم اعمال شود تا باریکه به طرف صفحه مثبت منحرف می‌گردد و لکه روشن روی پرده در امتداد قائم به طرف بالا یا پایین تغییر مکان می‌دهند.

سپس از روی جا بجایی لکه روشن روی پرده می‌توان در مورد ولتاژ اعمال شده بر صفحات منحرف کننده ، نظر داد. در اینجا چیز مهم و حائز اهمیت این است که به علت جرم اینرسی ناچیز الکترونها ، به هر تغییر ولتاژ روی صفحات خیلی سریع واکنش نشان می‌دهد. بنابراین لامپ پرتوی کاتدی را می‌توان برای ردیابی فرآیندهایی که در آنها تغییرات بسیار سریع ولتاژ و جریان روی می‌دهند بکار برد. مسائلی از این نوع در مهندسی رادیو که در آنجا جریانها و ولتاژها چندین میلیون بار در ثانیه تغییر می‌کنند بسیار حائز اهمیت است.

● نوسان نگار پرتو کاتدی

با مجهز کردن لامپ پرتو کاتدی با وسایل مناسبی جهت بررسی فرآیندهایی شبیه تغییر سریع ولتاژ و جریان وسیله‌ای ساخته می‌شود که نوسان نگار پرتوی کاتدی نامیده می‌شود. این وسیله نه فقط در مهندسی رادیو بلکه در بعضی شاخه‌های دیگر علم و تکنو لوژی نیز ابزار پژوهشی مهمی است و کار پژوهش در آزمایشگاههای علمی و صنعتی بدون آن دشوار است.

● کاربردهای لامپ پرتوی کاتدی

تلویزیون یکی از وسایلی است که مجهز به لامپ پرتوی کاتدی است. می‌توان گفت که لامپ پرتوی کاتدی مهمترین قسمت دستگاههای تلویزیونی است. در دستگاههای تلویزیونی ، لامپهایی که بجای کنترل الکتریکی ، باریکه الکترونی را بطور مغناطیسی کنترل می‌کنند، نیز بطور عمده‌ای بکار می‌روند.

● تلویزیون

با اعمال ولتاژ مناسب به جفت صفحات ، باریکه الکترون تمام صفحه (پرده) را با دسته خطوطی موازی و با سرعتی بالا هاشور می‌زند (روبش خط ۴). اگر روشنایی نقطه لیان ، که با انرژی جنبشی الکترونها معین می‌شود، همواره ثابت بماند، پرده بطور یکنواخت تابان دیده خواهد شد. ولی سیگنالهایی که توسط ایستگاه پخش تلویزیونی انتقال می‌یابند و توسط دستگاه تلویزیون دریافت می‌شوند بسته به روشنایی تصویری که منتقل می‌شود بطور دائم ولتاژ شتاب دهنده الکترونها را افزایش یا کاهش می‌دهند بنابراین ، نقاط روی پرده روشنایی متفاوتی دارند و تصویر انتقال یافته و برای دریافت چشم انسان باز سازی می‌شود. تفنگ الکترونی که برای بدست آوردن پرتوهای کاتدی در کینسکوپ (لامپ تصویر تلویزیون) بکار می‌رود از یک کاتد گرم و یک آند با سوراخ مرکزی که مقابل کاتد قرار دارد و باریکه الکترون را جدا می کند ساخته شده است.

 

 

[peyman sadeghian 30244]

لوله پرتو کاتدی

لوله ای شیشه ای است که بیش تر هوای آن خارج شده است. در دو انتهای این لوله دو الکترود فلزی نصب شده است. هنگامی که یک ولتاژ قوی بین این دو الکترود اعمال شود، پرتوهایی از الکترود منفی (کاتد) به سمت الکترود مثبت (آند) جریان می یابد که به آن پرتوهای کاتدی می گویند.

این پرتوها بر اثر برخورد با یک ماده ی فلوئور سانس نور سبز رنگی ایجاد می کنند. تامسون موفق شد نسبت بار به جرم الکترون را به کمک این آزمایش اندازه گیری کند.

پس از آن رابرت میلیکان توانست مقدار بار الکتریکی الکترون را اندازه بگیرد. به این ترتیب جرم الکترون نیز با کمک نسبت بدست آمده تامسون محاسبه شد.

پرتو زایی

در حالی که تامسون روی پرتوهای کاتدی آزمایش کرد، هم زمان بکرل فیزیکدانی که روی خاصیت فسفر سانس مواد شیمیایی کار می کرد با پدیده ی جالبی روبرو شد. او فهمید که با تحریک (که این تحریك به گونه های مختلف انجام می شوند: بمباران فوتونی، الكترون ها، یون های مثبت، واكنش های شیمیایی، گرما و گاهی اوقات تنش های مكانیكی) بعضی مواد باعث پدیده پرتوزایی می شوند که مواد دارای این خاصیت، پرتوزا نامیده شد.

لامپ پرتوی کاتدی از نظر ظاهر و ساختمان شبیه لامپی است که برای بررسی اثر میدان های الکتریکی و آهنربایی پرتوهای کاتدی به کار می‌رود. تفاوت اساسی در این است که در آن جا کاتد سرد بود و به علت بمباران با یون ها، الکترون گسیل می‌کرد اما در لامپ پرتوی کاتدی چشمه الکترون، تفنگ الکترونی است که در قسمت باریک لامپ قرار دارد.

تفنگ الکترونی

تفنگ الکترونی عبارت است از کاتد التهابی (رشته) که الکترون گسیل می‌کند و آند که به شکل قرصی با سوراخ کوچک با قطری برابر با 1 تا 3mm ساخته می‌شود. اختلاف پتانسیلی از چند صد تا چند هزار ولت بین کاتد و آند برقرار می‌شود که در فضای بین آن ها میدان الکتریکی شدیدی تشکیل می‌شود. این میدان باعث شتاب گرفتن الکترودهایی می شود که از کاتد گسیل می‌شوند.

کاتد داخل استوانه فلزی است که به آن ولتاژ مثبتی (نسبت به کاتد) اعمال می‌شود که اندکی از ولتاژ آند کمتر است. عمل مشترک این استوانه و آند باعث می‌شوند که تقریبا تمام الکترون ها در سوراخ آند جمع (کانونش پرتوهای کاتدی) و از آن به شکل نوار باریکی، یعنی باریکه الکترونی، خارج شوند. در محلی که این باریکه به پرده می‌خورد (ته لامپ که با ماده لیان پوشیده شده است)، نقطه تابان روشنی ظاهر می‌شود.

طرز کار لامپ پرتوی کاتدی

باریکه الکترونی خارج شونده از تفنگ الکترونی، در مسیرش به طرف پرده، از بین دو جفت صفحه‌های فلزی موازی می‌گذرند. اگر به جفت صفحه‌های اول، ولتاژی اعمال شود، میدان یکنواختی ایجاد می‌شود و الکترون هایی را که از آن می‌گذرند به طرف صفحه‌ای مثبت منحرف می‌کند و لکه روشن روی پرده در امتداد افقی به طرف چپ یا راست منحرف خواهد شد. به همین ترتیب، اگر ولتاژی به جفت صفحات دوم اعمال شود تا باریکه به طرف صفحه مثبت منحرف می‌گردد و لکه روشن روی پرده در امتداد قائم به طرف بالا یا پایین تغییر مکان می‌دهند.

سپس از روی جا بجایی لکه ی روشن روی پرده می‌توان در مورد ولتاژ اعمال شده بر صفحات منحرف کننده، نظر داد.

نوسان نگار پرتو کاتدی

با مجهز کردن لامپ پرتو کاتدی با وسایل مناسبی جهت بررسی فرآیندهایی شبیه تغییر سریع ولتاژ و جریانوسیله‌ای ساخته می‌شود که نوسان نگار پرتوی کاتدی نامیده می‌شود. الکترون ها به علت جرم ناچیزشان به هر تغییر ولتاژ روی صفحات خیلی سریع واکنش نشان می‌دهد بنابراین :

لامپ پرتوی کاتدی را می‌توان برای ردیابی فرآیندهایی که در آن ها تغییرات بسیار سریع ولتاژ و جریان روی می‌دهند (مثلا مهندسی رادیو که جریان ها و ولتاژ چندین میلیون بار تغییر میکند)بکار برد.

کاربردهای لامپ پرتوی کاتدی

تلویزیون یکی از وسایلی است که مجهز به لامپ پرتوی کاتدی است. می‌توان گفت که لامپ پرتوی کاتدی مهم ترین قسمت تلویزیون است. ممکن است درتلویزیون لامپ هایی که به جای کنترل الکتریکی، باریکه الکترونی را به طور مغناطیسی کنترل می‌کنند، به کار برده شود.

در تلویزیون با اعمال ولتاژ مناسب به لامپ، باریکه الکترون تمام صفحه (پرده) را با دسته خطوطی موازی و با سرعتی بالا هاشور می‌زند. اگر روشنایی نقطه لیان، که با انرژی جنبشی الکترون ها معین می‌شود، همواره ثابت بماند، پرده به طور یکنواخت تابان دیده خواهد شد.

ولی سیگنال هایی که توسط ایستگاه پخش تلویزیونی انتقال می‌یابند و توسط دستگاه تلویزیون دریافت می‌شوند بسته به روشنایی تصویری که منتقل می‌شود به طور دایم ولتاژ شتاب دهنده الکترون ها را افزایش یا کاهش می‌دهند بنابراین نقاط روی پرده، روشنایی متفاوتی دارند و تصویر انتقال یافته و برای دریافت چشم انسان باز سازی می‌شود.

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی