阴极射线管

在黑暗的地方，燃着一根香，在空中挥舞，香头上的一点火光的连续运动，显出各式各样的花样来；在游艺会上看耍火棒的表演，黑暗里不觉得火棒在运动，只看见火光组成的美丽图案。我们晓得这都是因为人的肉眼有保留影像的特性的缘故。

在阴极射线管里，有集中在一条线上的电子，用极高的速度冲击到特制的“荧光幕”上，被冲击的那一点便显出像荧火般美丽的绿色光点来，如图1（幕上用不同的化学涂料，还会呈现不同的颜色）。如果电子射线上下左右运动，这光点也会跟着运动，人看起来，成为一些好看的曲线。

人们巧妙地运用这个简单的道理，使得荧光幕上可以表现出各种波形来。甚至人们唱起歌来，声带振动的情形都可以在幕上看出来，只要把“声”变为“电”来控制电子束的运动就行了（图2）。

阴极射线管今天已经是一种最重要的电子仪器，一切科学研究，和工业试验都需要它。无线电工作里，如检查电报信号波形、观察电话信号失真程度、核验滤波器频带宽度、核准频率误差、和测定电子管动能特性曲线等都用得着它。雷达和电视设备、大雾飞行免除空中碰撞的安全装置、对行动电台的“视信号”连络法——先看见对方信号即进行连络的方法——所用装置等，都是从最简单的阴极射线管发展演变得来。

我们需要用某种物体的运动来表现起伏的波形，例如水上浮标的运动表现出水波起伏的形状。所要表现的波形每秒变化次数愈多，那物体的运动就愈快，到了波形的变化很快时，用机械的方法来表现已不可能，所以人们想起了用毫无惰性的电子束的运动来代替。

电子束就是由高速度运动的电子所形成的射线。在某些高电压的阴极射线管里，电子运动的速度接近于十分之一光的速度。这些电子是从管内的阴极射出来的，所以叫做阴极射线，在电子飞行的道路是，如果加入另一块带着高压且中有小孔的金属板，阻挡住大部分电子的运行，那么还有些电子就会通过圆孔，成为一条具有很高速度的电子射线，如图（3）。

在管的另一端（注有×）如再涂上一层化学材料——磷光粉，受到电子射线的冲击立刻就会发生荧光，好像用“电子笔”在写字一样。夜光表在灯下照照，在暗地里会发出荧荧的绿光，就是同样的物理现象。这荧光点亮度的大小和冲击时电子的速度有直接的关系，正因为这样，所以接到管端荧光幕的正电压经常数倍于管内金属板的正电压，为的是吸引着射线里的电子增加它们冲击力量。不过荧光粉并不是什么电的良导物质，射线里的电子到了荧光幕上不容易跑走，会推拒继续到来的电子，反减低它们的冲击力量，这就要求制造的时候先在管端玻璃上刷一层薄金属粉然后再涂磷光粉，但这金属粉把荧光隔了一层，又会影响荧光的亮度。

新式阴极射线管的磷光粉是直接涂在管端玻璃面上的。射线里来的“原电子”和因冲击放出的“二次电子”，有一定的比例，使得荧光幕上并不聚集电子。另在管的内壁涂上一层金属物质，接到高电压，一面对原电子起加速作用，一面又再成电的回路（图4）。很显然的荧光点被看起来这时是亮得多了。

阴极射线管里的电子运动和一根导线里的电子运动是有所不同的。导线里的电子只能顺导线运动，所以它的路线成为一条直线，而阴极射线管里的电子只能靠自己的高速度来维持直线运动。但另一方面，这两种电子的运动都是电流，没有什么基本上的差别。

因此，当电子射线通过一对磁极时，就像电动机通电流时导线立刻转动一样，电子射线也会发生偏移（图5）。这偏移的方向和磁力作用的方向是相互垂直的，所以通过垂直的磁极就产生水平的电子束偏移；通过水平的磁极就产生垂直的电子束偏移。偏移的多少，决定于磁极强度的大小。

电子射线里的电子，还会受正电荷的吸引及负电荷的排斥。

图6P\(_{1}\)、P2。是水平偏向屏。当P\(_{1}\)上接上正电压，P2上接上负电压时。P\(_{1}\)吸引电子束里的电子，使它向上偏移，因此，幕上的光点由A点移到B点。

如果水平偏向屏P\(_{2}\)上接上正电压，P1上接上负电压时，电子束就向下方偏移，因此，幕上的光点由A点移到C点。

同样道理，如图7当K接点由中点T向上下方移动时，光点就会在幕上“绘”出垂直的BAC直线，这原理和上面所说，燃香的光点运动，看成曲线是一样的。

把电压接在垂直偏向屏P\(_{3}\)和P4上如图（8），同样移动K，光点在幕上会“绘”出DAE的水平的直线来。

在P\(_{1}\)P2或P\(_{3}\)P4的任一对偏向屏上，接上交流电压也是一样，在幕上会分别呈现出垂直或水平的直线来，如图（9）。

两对偏向屏同时加上电压时，电子注在水平和垂直两方向的运动，就合并起来，这和两个力OA和OB同时作用相当于一个力OC的作用是一样的（图10）。

我们先看一个简单的随时间变化的正弦电流波在纸上绘出的情形。如图（11）。这里不断变动着的电流在均匀的时间轴上被展开了，显出电流随时间变化的真实情况来。换句话说，要表现正确的波形，横坐标值量不断增加的长度必须和时间成正比例，否则，不按时间均匀的展开，波形就会失真。

同样道理，我们用阴极射线管的“电子笔”来“绘”波形的时候，可以使它的水平偏移度和时间成正比，而垂直偏移度和被测电压成正比。因此，只要把锯齿形的电压加到垂直偏向屏或锯齿形的电流通过垂直偏向磁极，就可以“绘”出不失真的波形。因为锯齿形电压或电流波（图12）每段上升部分的大小正是和那段的时间成正比例的。

锯齿形波的另一特点就是电压或电流逐渐增大到一定限度就很快的回到零，这使得利用Ot\(_{1}\)′段所表现的波形和利用t1t\(_{2}\)′及t2t\(_{3}\)′段等所表现的波形重合起来，因此有周期性的波形在荧光幕上同一位置不断重复的显现出来，人们看起来是一个稳定的波形。图13。

很多波形，都可以用锯齿波产生电子束的水平偏移，被测波产生垂直偏移绘出来。至其他图案的表现方法，在了解上述原理的基础上也是不难理解的。

俗语说：“大笔写大字，小笔写小字”。我们要电子笔描绘波形很精细，电子束就非很细不可。这是我们要解决的第一个问题。写字要经常在砚台里加墨，墨多字浓，墨少字淡；同样我们也需要有办法改变荧光幕上波形的亮度。这是第二个问题。

说得简单些：“电子枪”就和一个三极电子管的基本元件一样。它有灯丝、阴极、控制栅极和阳极。灯丝使阴极发热，放射电子，这阳极（也叫做第一阳极）我们已经谈过，就是中间有一圆孔的带正电的电极，吸引电子以高速度穿出圆孔，就像子弹从枪口射出一样，所以叫做电子枪。电子从阴极到阳极，须受栅极的控制，栅极电压高射出的电子数就多，冲击荧光幕次数也多，所以光点亮；栅极电压低，射出的电子数就少，所以光点不亮。因此变动栅极电压，就可以解决上述的第二个问题。阳极的形状事实上像一个底上打了一个洞的圆筒，它限制了电子运动的范围。但单靠一个阳极还不能够使射出的电子在荧光幕上都聚集成一点。因此在管内需加入第二阳极。上面谈过的那种涂在玻璃管壁上的金属粉（或炭粉），既可用来吸收二次放射电子，又可以充当第二阳极，起聚焦电子的作用。有的第二阳极放在第一阳极与偏向屏之间，另加第三阳极，都是聚焦和加速的作用。电子聚焦作用是用“电子光学”的原理，我们这里不深入分析。我们改变电子枪阳极和聚焦阳极电压的比值，就能得到适当的聚焦，解决上述的第一个问题。看图（14）我们可以得到电子枪和第二阳极作用的一般概念。

下面我们再介绍一个阴极射线管的内部构造图（图15），使得读者可以得到更清楚的概念。（林葆浏）