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实验二十四电子束的偏转
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实验二十四电子束的偏转
示波器中用来显示电信号波形的示波管和电视机、摄像机里显示图像的显像管、摄像管都属于电子束线管，虽然它们的型号和结构不完全相同，但都有产生电子束的系统和电子加速系统，为了使电子束在荧光屏上清晰的成像，还要设聚焦、偏转和强度控制系统。对电子束的聚焦和偏转，可以利用电极形成的静电场实现，也可以用电流形成的恒磁场实现。前者称为电聚焦或电偏转。随着科技的发展，利用静电场或恒磁场使电子束偏转、聚焦的原理和方法还被广泛地用于扫描电子显微镜、回旋加速器、质谱仪等许多仪器设备的研制之中。本实验在了解电子束线管的结构基础上，先讨论电子束的偏转特性及其测量方法。
【目的】
1.了解示波管结构和原理。
2.研究带电粒子在电场和磁场中偏转的规律。
3.测试示波管的电偏灵敏度和磁偏灵敏度与加速电压的关系。
【原理】
示波管的基本结构主要由以下4个部分组成图4-52电子束的电偏转
（1）示波管
示波管的构造如图4-43所示。当加热电流通过灯丝时，阴极K被加热并发射电子，栅极G加上相对于阴极为负的电压，调节栅极电压的大小，可以控制阴极发射电子的多少，即控制光点的亮度。第一阳
图4-43电子射线示波管极A１相对于阴极K有很高的电压（约
A１-第一阳极A２-第二阳极f-灯丝
1500V）用以加速电子；第二阳极
G-栅极K-阴极X、Y-偏转转板
A２与第一阳极A１之间构成聚焦电
场，使发散的电子束在聚焦电的作用下汇聚起来，打在荧光屏上发出荧光。X、Y偏转板是2对分别平行且相互垂直的属极，在平行板上加不同的电压控制荧光屏上的光点的位置。光点移动距离的大小与加在偏转板上的电压成正比。
(2扫描电压发生器
扫描电压发生器是产生扫描电压的装置。
示波器通常是要观察轴输入的周期性信号电压的波形。如果只把被测信号（如正弦电压）加在Y偏转板上，而亮线。要在荧光屏上显示出正弦电压的波形，就必须使亮点在Y轴上的运动沿X方向展开。为此必须在X偏转板上加一周期性随时间线性变化的电压，这种电压称为扫描电压。这样荧光屏上光点在作竖直运动的同时还要作自左向右的匀速运动。如果扫描电压的周期Tｘ与正弦电压的周期Tｙ相同，荧光屏上将显示一个完整的正弦波形。如果Tｘ是Tｙ的整数倍，则荧光屏上将显示出n个完整的正弦波形。若用频率表示，则为：
fＸ＝nfＹ
为了能用示波器观察各种频率的信号电压波形，扫描电压的频率必须在很大的范围内连续可调，调节扫描电压的频率，使其与Y轴输入信号电压的频率成整数比方可。这一调整过程称为“同步”。人工“同步”可以很容易达到fＸ＝nfＹ，使其出现暂时稳定的图形。由于
UＸ和UＹ是来自两个相互独立的信号源，它们各自的频率总会有些起伏，因此稳定状态很快又遭破坏。为了解决这一问题，示波器内部设有同步装置。在两频率基本满足整数倍的条件下，该装置将待测信号电压分出一部分，自动地去调节扫描电压发生器的振动频率，使它与被测信号的频率严格保持整数比关系，使图形稳定。
（3）电压放大和衰减装置
由于示波器的灵敏度不高（0.1～1mm/V），当信号电压小时，电子束不能发生足够的偏荧光屏上亮点的位移过小，不便观察，为此，示波器内设有X轴放大器和Y轴放大器。先把信号电压放大，然后加到偏转板上。其放大倍数是连续可调的。衰减器是用来把放大的信号电压减小，以适应放大器的要求，否则放大器不能正常工作，甚至受损。衰减器通常分1、1/10、1/100三挡，习惯上是在示波器面板上用倒数1、10、100标出。
（4）电源
供给示波器、扫描电压发生器、X轴放大器、Y轴放大器正常工作所需的各种高、低压装置。
1.电子束的电偏转
电偏转是通过在垂直于电子射线的方向上外加电场来实现的，最简单的办法就是在示波管的垂直偏转板（或水平偏转板）上加上偏转电压U。当电子束经加速极以初速vx由x正方向射入，因受到与y轴平行的偏转电场的作用，而使电子束偏离轴线发生偏转，如图4-52所示。
设偏转板间距离为D，长度为b，偏转板到荧光屏之间的距离为L，则电子束受电场力
f