OSCILLOSCOPIO ANALOGICO - 3

L’elemento di visualizzazione dell’oscilloscopio è il tubo a raggi catodici (CRT = Cathode-Ray Tube) la cui struttura base, mostrata in figura 2, consiste di quattro elementi uniti in modo funzionale:

• Involucro sotto vuoto

• Cannone elettronico

• Due coppie di placche di deflessione

• Schermo con fosfori

Figura 2 : struttura di base di un CRT

L'INVOLUCRO SOTTO VUOTO

L’involucro del CRT è costituito da un bulbo di vetro di forma tronco conica e da una faccia, generalmente piatta, lo schermo, sempre di vetro, sulla cui parte interna è depositato del materiale fosforescente (fosforo), che si illumina se colpito da un fascio di elettroni. Nella maggioranza dei CRT lo schermo viene saldato con i bordi fusi sopra la parte di bulbo tronco conica; analogamente si salda lo zoccolo all’estremità opposta. Nel tubo così sigillato viene fatto il vuoto spinto.

CANNONE ELETTRONICO

Internamente al tubo vi è un cannone elettronico, che emette un fascio di elettroni ben collimato. Gli elementi costitutivi del cannone elettronico sono: il catodo, che emette un fascio di elettroni, l’elettrodo di controllo (griglia di Wehnelt), tre anodi (un primo anodo preacceleratore, un secondo anodo focalizzatore per regolazione del fuoco, un terzo anodo acceleratore), che costituiscono un sistema di elettrodi detto "lente focalizzatrice", aventi il compito di focalizzare ed accelerare verso lo schermo gli elettroni emessi dal catodo, in modo che essi non si allarghino a causa della repulsione magnetica degli elettroni, formino un pennello di elettroni e riescano a sollecitare le sostanze fosforescenti dello schermo così che emettano segnali luminosi, tracciando l’andamento del segnale da analizzare.
Il catodo è a riscaldamento indiretto ed ha la forma di un piccolo cilindro di Nichel ricoperto ad una estremità con ossidi. La configurazione tipica di un catodo è mostrata in figura 3:

Figura 3: il catodo di un cannone elettronico

Esso è generalmente circondato da un cilindro che agisce come schermo termico ed aumenta l’efficienza termica del catodo stesso. La generazione degli elettroni avviene per effetto termoionico. Il gas di elettroni in un metallo ha un energia cinetica proporzionale alla temperatura alla quale si trova il materiale. Normalmente alla temperatura ambiente gli elettroni hanno una velocità, in direzione normale alla superficie del metallo, dovuta a questa energia, che non gli permette di lasciare il metallo stesso. Se riscaldiamo il metallo, la probabilità di avere elettroni di velocità sufficientemente elevata aumenta rapidamente con la temperatura e comincia ad avere luogo un importante fenomeno, noto come effetto termoionico, consistente appunto in un’abbondante emissione di elettroni sulla superficie di un metallo ad elevata temperatura. Per innescare l’effetto termoionico il catodo è riscaldato da un filamento di tungsteno portato all’incandescenza sottoponendolo ad una tensione di 6.5 V (efficaci). Il filamento riscaldatore è avvolto a spirale in modo da annullare il campo magnetico prodotto dalla corrente di riscaldamento. Lo schermo è sostenuto in corrispondenza della estremità non emittente del catodo e si prolunga leggermente al di là del lato emittente allo scopo di impedire lo sparpagliamento degli elettroni; questi ultimi escono dal catodo pressoché ortogonalmente alla superficie emittente.