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O Tubo de Raios Catodicos

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Tubo de Raios Catodicos do Osciloscopio

Prof. Me. Romulo Oliveira Albuquerque

Faculdade de Tecnologia de São Bernardo do Campo - S.P - Brasil

É dos mais versáteis instrumentos de uma bancada de eletrônica, sendo usado para visualizar e medir sinais elétricos.Existem dos mais variados tipos : digitais , analógicos.Podendo operar desde DC até centenas de MHz.

O elemento básico do osciloscópio é o TRC (tubo de raios catódicos) no qual aparece a imagem da onda que se quer visualizar.A Figura 1 mostra o desenho simplificado de um TRC.

Figura 1 - Desenho simplificado de um tubo de raios catódicos (TRC)

Os principais elementos de um TRC são:

1 .    Filamento: Ë aquecido ao ser percorrido por uma   corrente, sendo usado para aquecer o cátodo.
2.    Cátodo: Construído com   material que emite facilmente elétrons ao ser aquecido.
3.    Grade de controle: É polarizada negativamente, controla o fluxo de elétrons, controlando portando a intensidade do feixe( Existe   um ajuste externo que atua na luminosidade do ponto na tela ).
4.    Primeiro Anodo focalizador: Localizado mais perto do cátodo, é polarizado com uma alta tensão positiva   atraindo portanto os elétrons. Junto com o Segundo Anodo acelerador ( 5 )   formam um conjunto de lentes eletrônicas que   permitem ajustar o foco através da tensão aplicada entre os mesmos.

6. Placas de deflexão vertical (PDV): Uma tensão aplicada entre essas placas provocará um movimento do feixe na vertical.

( a ) ( b ) ( c ) ( d )
Figura 2 - Placas de deflexão vertical (PDV) sob a ação de ( a ) 0V ( b ) placa superior positiva ( c ) placa inferior negativa ( d ) placas submetidas a uma tensão senoidal

Se for aplicada uma tensão senoidal de freqüência suficientemente alta entre as placas verticais o ponto se deslocará rapidamente de baixo para cima e devido à rapidez do movimento e da persistência da luminosidade na tela , veremos uma linha contínua na vertical.

7. Placas de deflexão horizontal (PDH): O mesmo raciocínio aplicado para as PDV pode ser aplicado para as PDV, isto é, aplicando-se uma tensão entre essas placas o feixe se deslocará na horizontal

Figura 3 - Placas de deflexão horizontal

A Figura 4 mostra o feixe de elétrons incidindo na tela para diferentes condições de polaridade das placas de deflexão horizontal.

Figura 4 - Deflexão horizontal do feixe de elétrons para diferentes condições de polarização das placas

8. Tela do TRC: A tela do TRC é coberta internamente por uma fina camada de material fluorescente que emite luz no ponto atingido pelo feixe

Composição de Movimentos.

Se for aplicado tensão ao mesmo tempo nas PDV e PDH como resultado haverá uma composição de movimentos que agirá no feixe deslocando-o de acordo com a intensidade e polaridade das tensões aplicadas. Consideremos os seguintes casos:

Figura 5 - ( a ) PDF e PDH submetidas a 0 V ( b ) ( c ) e (d ) PDF e PDH submetidas a diferentes polaridades

Caso seja aplicado uma tensão dente de serra entre as placas de deflexão horizontal de freqüência suficientemente alta , devido à persistência do material químico depositado na superfície , aparecerá uma linha continua na horizontal.Se a tensão aplicada entre as placas de deflexão for nula a linha estará exatamente no meio do osciloscópio,Figura 6a, caso contrário a linha estará acima (placa de cima positiva ) ou abaixo do meio (placa de baixo positiva ).

( a ) ( b ) ( c )

Figura 6 - PDH submetida à tensão dente de serra ( a ) PDV com 0 V ( b ) PDV com +V ( c ) -PDV com -V

Se houver calibração podemos medir tensão pelo deslocamento do feixe. Por exemplo se o ganho estivesse calibrado em 2 V/Divisão, no primeiro caso sem tensão ( referencia 0 V ) se o traço estiver no meio, no segundo caso como subiu 3 divisões a tensão medida seria 2 V/Div * 3Div = 6 V ( em relação à referencia adotada ). No terceiro caso , em relação à mesma referencia como o deslocamento foi para baixo e de 3 divisões a tensão será de -6 V.

Se não houver sinal aplicado nas placas de deflexão vertical, e a tensão nas placas de deflexão horizontal form um dente de serra de baixa frequencia voce verá, claramente, o ponto se deslocando da esquerda para a direita. Se a frequencia do dente de serra aumentar alem de um determinado valor voce verá uma linha continua.

Se uma tensão alternada for aplicada nas placas de deflexão vertical, haverá uma composição de movimentos da esqueda para direita e na vertical fazendo aparecer a forma de onda em questão na tela. O numero de ciclos apresentados na tela depende da frequencia (periodo) do dente de serra. Quanto maior o periodo do dente de serra, maior numero de ciclos na tela. Os ajustes do dos osciloscopio basicamente são dois:

A base de tempo que se refere a frequencia do dente de serra: time/Div. ou timebase é especificado em tempo/Div. Ex: 1ms/Div

O ganho vertical ou Volts/Div.. Determina a amplitude na tela. Ex: 5V/div.

Exemplos: Considere que uma onda quadrada de frequencia 5 kHz e amplitude de 10Vpico é aplicada em um osciloscopio com os seguintes ajuste:
5Volts/Div e 50 ms/Div. Como esse sinal se apresentaria na tela?

Solução: