Покоренный электрон

Для получения мощного электронного луча и фокусировки его, то есть для образования на экране маленького ярко светящегося пятнышка служит электронная пушка, которая помещена в узкой части колбы против экрана (рис. 70).

Рис. 70. Схематическое изображение электроннолучевой трубки.

Катод электронной пушки выполнен в виде металлического стаканчика, обращенного дном к экрану. Изнутри стаканчик подогревается миниатюрной электрической печкой, а снаружи на его дно нанесено немного состава, легко испускающего электроны при нагревании, — он-то и служит источником электронов.

Анод делают обычно в виде двух цилиндров, по оси которых проходит пучок электронных лучей. На цилиндры подают такие напряжения, что образуемое ими электрическое поле приобретает свойство линзы, оно собирает их в одну точку на экране.

Электроны, вылетающие из катода во все стороны расходящимся пучком лучей, проходя сквозь цилиндры анода, не только ускоряются, но и изменяют свой путь. Расходящийся пучок лучей становится сходящимся и дает яркую и маленькую звездочку на экране. Электронная линза фокусирует поток электронов так же, как стеклянная линза — световой поток (рис. 71).

Рис. 71. Схематическое изображение электронной пушки: К — катод, С — управляющий электрод, А1 и А2 — аноды, Б — стенка трубки.

Между катодом и анодом помещается еще один, также цилиндрический, электрод. Он называется управляющим электродом и играет такую же роль, как сетка в электрической лампе. Подавая на него то или иное положительное или отрицательное напряжение, можно регулировать число электронов, проходящих к аноду и, следовательно, изменять Яркость пятнышка на экране. Достаточно большое отрицательное напряжение на управляющем электроде вообще прекращает доступ электронов к экрану, то есть «запирает» электронный луч.

Луч начинает рисовать

Чтобы электронный луч приобрел «дар рисования», трубку снабдили дополнительным устройством, которое заставило луч бегать по экрану и чертить на нем линии, фигуры, знаки.

Такое «рисующее» устройство располагается сразу же за анодами. Оно состоит из двух пар металлических пластинок. Первая пара пластинок поставлена вертикально, следующая за ней — горизонтально.

От каждой пластинки сделан вывод наружу (рис. 70).

Если к вертикальным пластинкам присоединить провода от какого-либо источника тока, то одна пластинка получит положительный заряд, другая — отрицательный, а электронный луч изогнется и отклонится в сторону положительной пластины. Светящаяся точка переместится от одного края экрана к другому, но, как только напряжение снимут, светящаяся точка вновь вернется на прежнее место.

Заряды, подведенные к вертикальным пластинам, заставляют точку двигаться вправо и влево.

Разумеется, незачем включать ток вручную. Это с большим успехом сделает специальная радиолампа, называемая тиратроном, соединенная с конденсатором. Она автоматически очень точно включает и выключает ток, причем подача напряжения на вертикальные пластины происходит в таком порядке: сначала конденсатор постепенно заряжается, и напряжение плавно нарастает; электронный луч, а вместе с ним и светящаяся точка на экране, так же плавно бегут слева направо. Потом конденсатор, а вместе с ним и пластины разом разряжаются, и точка прыгает назад. Затем все начинается сначала — плавное движение в одну сторону и стремительный скачок в обратную.

Частотой перескоков светящейся точки вправо и влево можно управлять по желанию. При быстрой смене зарядов, благодаря инерции зрения и остаточного свечения люминофора, на экране получается светящаяся прямая горизонтальная линия определенной длины.

Разумеется, рассматривать ровную горизонтальную линию — занятое бесполезное. Поэтому действия только одних вертикальных пластин мало.

Надо дать работу и горизонтальным пластинам и заставить электронный луч двигаться вверх и вниз. Присоединим к ним провода от городской осветительной сети, в которой течет переменный ток. Следуя колебаниям напряжения переменного тока, положительные и отрицательные заряды на горизонтальных пластинах станут сменять друг друга 100 раз в секунду.

Электронный луч, повинуясь влиянию зарядов на горизонтальных пластинах, начнет колебаться и двигаться вверх и вниз, а не только вправо и влево.

Дружные одновременные усилия зарядов на обеих парах пластин заставят электронный луч рисовать на экране плавную кривую линию, показывающую, как происходят изменения силы переменного тока с течением времени (рис. 72).

Рис. 72. Кривая изображающая колебание напряжения переменного тока.

Мы увидим на экране трубки чертеж или график колебаний осветительного тока, нарисованный самим же током. Чертеж представляет кривую линию, называемую синусоидой.

Прибор, показывающий колебания

Если имеется какой-нибудь другой источник еще неизвестных для нас электрических колебаний, то достаточно подключить провода от этого источника к горизонтальным пластинам электроннолучевой трубки, и электронный луч нарисует зубчатую, пилообразную или волнистую линию, которая наглядно покажет, с каким видом колебаний мы имеем дело. Такая трубка, оснащенная вспомогательными приборами, называется электроннолучевым осциллоскопом или осциллографом. Слово осциллоскоп означает «показывающий колебания», а осциллограф — «записывающий колебания».

Все лаборатории и научно-исследовательские институты, в которых изучают быстрые колебательные процессы, обязательно оснащаются электроннолучевыми осциллоскопами. Так, например, эти приборы применяют в научно-исследовательском институте имени И. П. Павлова (в Колтушах под Ленинградом) для записи очень быстрых электрических колебаний, какие возникают во время работы головного мозга или сердца.

Лаборатория, в которой изучают электрические колебания мозга животных, состоит из двух смежных комнат. В одной из них помещается подопытное животное — кошка или кролик. В этой комнате почти нет никакой мебели, кроме станка, в котором закреплено животное во время опыта.

Стены комнаты под штукатуркой обиты металлической сеткой, окна тоже затянуты частой медной сеткой. Это — экран, он необходим, чтобы защитить животное и приборы от радиоволн и прочих электрических колебаний, которые могут помешать наблюдениям.

Во второй комнате установлен электроннолучевой осциллоскоп, и во время опыта там находятся исследователи.

Кошке, предназначенной для опытов, предварительно делают операцию: в мозг вводят тончайшие металлические проволочки — электроды. Деятельность мозга изучают обычно с помощью шестилучевого осциллоскопа, и в мозг вводят шесть электродов — по числу лучей. Их располагают в различных областях мозга — возле зрительных, слуховых, двигательных и других центров, или же размещают на равных расстояниях по прямой линии.

Подготовленное таким образом животное закрепляют в станке, а к электродам присоединяют провода от управляющих пластинок осциллоскопа. Затем кошку оставляют в полном одиночестве и начинают опыт.

Исследователь нажимает ту или иную кнопку. В изолированной комнате возле кошки вспыхивают и гаснут белые и синие электрические лампочки, щелкают шумовые приборы, кошку заставляют испытывать легкие уколы электрического тока.

Световые и звуковые сигналы действуют на зрение и слух животного. Под влиянием сигналов в различных участках мозга возникают электрические токи. Мощные усилители воспринимают эти токи и передают их на управляющие пластинки осциллоскопа, — каждый из шести лучей прибора начинает чертить на экране линию, отображающую характер колебаний, возникающих в различных местах мозга.