Der Elektronenstrahl-Oszillograph 16950 dient zur Darstellung elektrischer und magnetischer Vorgänge, vor allem solcher mit periodischem Verlauf. Die Möglichkeit, nichtelektrische Vorgänge, z. B. mechanische, akustische usw., in elektrische umwandeln zu können, macht den Oszillographen auf weiten Gebieten der Physik zu einem wertvollen und unentbehrlichen Hilfsmittel des Unterrichts. Der übersichtliche Aufbau läßt den Schüler die Arbeits-weise des Gerätes leicht verstehen. Der große Bildschirm ermöglicht eine weithin sichtbare Demonstration, wobei eine Verdunkelung des Raumes im allgemeinen nicht erforderlich ist. Mittels des elektronischen Schalters 6967 läßt sich der Elektronenstrahl-Oszillograph auch als Zweistrahl-Oszillograph verwenden.

Abb. 1: Aufbau-Oszillograph mit Röhre 6950, Betriebsgerät 6952, Netzgerät 7532 und Kippgerät 6954

Die vollständige Oszillographenapparatur (Abb. 1) besteht aus der in einem Gehäuse eingebauten Elektronenstrahlröhre 6950, dem Betriebsgerät 6952, dem Netzanschlußgerät 7532 und dem Kippgerät 6954.

Mit Hilfe eines Spezialkabels ist es möglich, die Elektronenstrahlröhre auch getrennt vom Betriebsgerät frei beweglich aufzustellen. Auf diese Weise läßt sich bequem beste Sichtmöglichkeit für einen großen Zuhörerkreis erreichen

Abb. 2: Bau und Sockelanschlüsse der Elektronenstrahlröhre DG 18-14A

Die verwendete Elektronenstrahlröhre DG 18 - 14A ist eine Hochvakuumröhre mit indirekter Heizung von 6,3V/0,3A. Abb. 2 zeigt schematisch den Bau der Röhre. Die aus der Kathode K austretenden Elektronen werden durch eine Spannungsdifferenz von 1,8 kV zwischen der Kathode K und der Anode A, beschleunigt. Die Anode ist hierbei mit Masse verbunden, während an der Kathode die negative Hochspannung liegt.

Eine zusätzliche Nachbeschleunigung erhalten die Elektronen durch eine gegen Masse positive Spannung, die an den Graphit-Innenbelag A₂ des Kolbens gelegt wird. Das Netzanschlußgerät liefert hierfür + 250 oder + 500 V. Eine höhere Nachbeschleunigungsspannung kann dem Hochspannungsgerät 7620 entnommen werden. Maximal darf diese Spannung 3000 V gegen Masse betragen.

Der die Kathode umgebende Wehnelt-Zylinder erhält eine gegen Kathode negative Spannung von -40... -100V. Durch Verändern dieser Vorspannung läßt sich die Bildhelligkeit einstellen. Die Hilfsanode A_h erhält eine gegen die Kathode positive Spannung von + 350 . . . + 500V. Der durch die Spannungen an Anode, Hilfsanode und Wehnelt-Zylinder gegebene Verlauf des elektrischen Feldes bewirkt eine Fokussierung des Elektronenstrahles auf dem Bildschirm (Elektrostatische Linse). Durch Verändern der Hilfsanodenspannung läßt sich die Bildschärfe einstellen.

Abb. 3: Elektronenstrahlröhre 6950

An das kathodenseitige Ablenkplattenpaar X_a/X_b (Zeitplatten) wird beim normalen Betrieb des Oszillographen die vom Kippgerät 6954 gelieferte Sägezahnspannung für die Zeitablenkung gelegt. An das schirmseitige Ablenkplattenpaar Y_a/Y_b (Meßplatten) wird die Meßspannung gelegt, die im allgemeinen dem Ausgang des Meßverstärkers im Kippgerät entnommen wird. Der Ablenkfaktor beträgt für das schirmseitige Plattenpaar Y_a/Y_b ca. 30V_ss/cm für das kathodenseitige Plattenpaar X_a/X_b ca. 25V_ss/cm.

Da beide Ablenkplattenpaare in der Schaltung gleichspannungsfrei sind, können Ablenkspannungen auch direkt an die Platten gelegt werden (Anschlüsse am Betriebsgerät). Bei unsymmetrischen Wechselspannungen, deren einer Pol geerdet ist, tritt hierbei eine geringfügige Bildverzeichnung (Trapezverzeichnung) bzw. eine kleine Verminderung der Randschärfe auf.

Der grün fluoreszierende Bildschirm hat einen maximal ausnutzbaren Durchmesser von 160 mm. Um eine Beschädigung des Schirmes (Einbrennen) durch die beträchtliche Wärmeenergie, die beim Auftreffen der Elektronen entsteht, zu vermeiden, sollte der scharf eingestellter Strahl nicht längere Zeit auf die gleiche Schirmstelle verbleiben.

Das Schutzgehäuse nimmt die Elektronenstrahlröhre auf und schützt sowohl die Röhre vor starken mechanischen Belastungen als auch den damit Hantierenden vor eventuellen Implosionswirkungen. An seiner Vorderseite ist eine aufgeschraubte Sicherheitsglasscheibe mit Reflexfilter angeschraubt, die zur Verbesserung der Kontrastschärfe dient.

An den beiden Seitenflächen des Gehäuses sind Buchsen zum Aufstecken von Spulenhaltern angebracht. Die Halter werden bei Nichtgebrauch flach an die Haube gesteckt. Auf der rechten Seitenfläche am Haubenende befinden sich Anschlüsse für die Nachbeschleunigung (oben) und die Masse (unten). Wegen der bei unsachgemäßer Behandlung möglichen Gefahr der Beschädigung der Röhre und der damit verbundenen Implosionsgefahr, soll die Röhre nicht aus der Schutzhaube herausgenommen werden.

Die Röhre im Schutzgehäuse wird direkt oder über das Spezialkabel 6958 an das Betriebsgerät angeschlossen. Eine Nocke bzw. Nut an Sockel und Fassung gewährleistet in beiden Fällen einen unverwechselbaren Anschluß.

Abb. 4: Betriebsgerät 6952

Das Betriebsgerät 6952 erzeugt aus einer zugeführten Primärspannung von 6,3 V~ über einen Transformator mit anschließendem Gleichrichter und Spannungsteiler die von der Röhre benötigten Spannungen.

Die Anschlüsse für die Plattenpaare X_a/X_b und Y_a/Y_b sind aus dem Gerät herausgeführt und an der Frontplatte leicht zugänglich.

Mit den Drehknöpfen "Helligkeit" und "Schärfe" lassen sich Bildhelligkeit und Bildschärfe regeln. Zwecks Fremdsteuerung der Bildhelligkeit ist der Wehnelt-Zylinder über die Buchse Z zugänglich (sog. "Z-Modulation"). Die Buchse R kann für eine Rücklaufaustastung verwendet werden.

An der mit "1,8 kV" bezeichneten Buchse der Frontplatte liegt über einen Schutzwiderstand von 10 MΩ eine gegen Masse negative Hochspannung von ca. 1,8 kV, die zur zusätzlichen Nachbeschleunigung verwendet werden kann. Ferner befinden sich auf der Frontplatte zwei Masse-Anschlüsse, einmal die Buchse "-250 V" für die Beschaltung, zum anderen die Buchse "- " für eine eventuelle Erdung des Gerätes.

Die Speisespannung von 6,3 V~ wird dem Betriebsgerät an dem entsprechend bezeichneten Buchsenpaar vom Netzanschlußgerät zugeführt, das außerdem die Nachbeschleunigungsspannung von 500 V- für das Elektronenstrahlrohr sowie die Heizspannung 6,3 V~ und die Anodenspannung + 250 V für das Kippgerät liefert.

Das Kippgerät 6954 enthält den Generator zur Erzeugung der Sägezahnspannung für die Zeitablenkung und den Verstärker für die Meßspannungen. Die gegen Erde symmetrierte Kippspannung wird an den Buchsen "X_a X_b" auf der Frontplatte des Gerätes herausgeführt und von dort bei der Beschaltung des Oszillographen an das Plattenpaar X_a/X_b der Elektronenstrahlröhre gelegt.

Abb. 5: Kippgenerator 6954

Die im Bereich von ca. 10 Hz...80 kHz variable Kippfrequenz ist mittels des Drehschalters "Frequenz grob" in acht Stufen grob einstellbar. Die kontinuierliche Feineinstellung bis zum ca. Fünffachen der Minimalfrequenz der betreffenden Stufe wird mit dem Drehknopf "Frequenz fein" vorgenommen.

In Stufenstellung "0" ist der Sägezahngenerator außer Betrieb gesetzt, die Klemmen "X_a X_b" liegen dabei über Hochohmwiderstände (5 MΩ) an Masse. Eine erdfreie Wechselspannung, die man den Klemmen "X_a X_b" am Kipp- oder Betriebsgerät zuführt, wird infolge dieser Schaltung gegen Erde symmetriert.

Die Kippamplitude (Bildbreite) läßt sich durch Betätigen des Reglers "Bildbreite" verändern. Zwecks Synchronisierung wird eine Spannung geeigneter Höhe und Frequenz an die Buchse S gelegt. Zur Feineinstellung dient der Regler "Synchronisierung".

Der Eingang des Meßverstärkers liegt an den Buchsen "Y_v" und "⊥". Der Eingangswiderstand beträgt 1 MΩ. Der Ablenkfaktor beträgt bei Verwendung des Meßverstärkers ca. 450 mV_ss/cm, entsprechend ca. 160 mV_eff/cm. Mittels des Reglers "Verstärkung" läßt sich die Verstärkung kontinuierlich bis auf Null regeln.

Die gegen Erde symmetrische Ausgangsspannung wird den Buchsen "Y_a Y_b" auf der Frontplatte des Kippgerätes zugeführt und von dort bei der Beschaltung des Oszillographen an das Plattenpaar Y_a/Y_b der Elektronenstrahlröhre gelegt.

Die Klemmen "Y_a Y_b" am Verstärkerausgang liegen symmetrisch über Hochohmwiderstände an Masse. Eine erdfreie Wechselspannung, die man den Klemmen "Y_a Y_b" des Kipp- oder Betriebsgerätes zuführt, wird infolge dieser Schaltung gegen Erde symmetriert.

Abb. 6: Schema der Beschaltung des Aufbau-Oszillographen

Die Einzelgeräte werden gemäß Abb. 6 aufgestellt und elektrisch verschaltet. Die Röhre mit Schutzhaube wird direkt in das Betriebsgerät eingesetzt oder über das Verbindungskabel angeschlossen.