Das Oszilloskop

Die Braun'sche Röhre
Die Braun'sche Röhre ist Bestandteil von jedem Oszilloskop und ist im Prinzip auch in jedem Fernsehgerät und Computerbildschirm (außer den Flachbildschirmen) eingebaut.
Bei Fernseher und Computerbildschirmen funktioniert die Ablenkung allerdings über Magnetspulen und die Röhre ist anders beschichtet.

(1) Aufbau der Braun'schen Röhre:



 Zur Strahlerzeugung (1) gehört vor allem eine Heizwendel.
Durch den glühelektrischen Effekt treten aus der Heizwendel Elektronen aus.
Diese werden wegen der angelegten Anodenspannung zur Anode (2) hin beschleunigt.
Der Wehnelt-Zylinder (graue "Dose") ist negativ geladen und stößt die Elektronen ab.
Er dient der besseren Bündelung des Elektronenstrahls. Ein enger Elektronenstrahl tritt nun durch das Loch in der Anode (2).

Zur Ablenkung des Elektronenstrahls sind zwei Plattenpaare in die Röhre eingebaut.
Sie bestehen aus zwei parallelen Metallplatten, die sich in geringen Abstand gegenüberstehen. (Man nennt dies einen Plattenkondensator)

Die Elektronen gelangen zum Schirm (5), der dort aufleuchtet, wo die Elektronen auftreffen.

(2) Vertikale Ablenkung des Elektronenstrahls in der Röhre:

Das Plattenpaar (3) kann je nach Polung den Strahl nach oben oder unten ablenken.
Dies liegt daran, dass die Elektronen von der positiven Platte angezogen und von der negativen Platte abgestoßen werden. Je größer die angelegte Spannung ist desto stärker sind diese Kräfte und desto größer ist die Ablenkung. (Man kann sogar zeigen, dass die Ablenkung in y-Richtung proportional zur angelegten Spannung ist.)
Legt man an diese Platten eine Wechselspannung an, so wandert der Elektronenstrahl immer im Wechsel auf- und abwärts. Bei genügend großer Frequenz der Wechselspannung erscheint dem Auge der Strahlverlauf als vertikaler Strich.

(3) Die horizontale Ablenkung:

Das Plattenpaar (4) lenkt den Strahl in entsprechender Art horizontal ab.

Bei einem Oszillopskop legt man an diese Platten eine Spannung mit folgendem Verlauf an:

  • Zu Beginn ist die Spannung an den Kondensatorplatten maximal, der Strahl ist am linken Bildschirmrand.
  • Der Betrag der Spannung nimmt immer mehr ab. Der Strahl geht immer weiter Richtung Bildschirmmitte.
  • Ist der Stahl in der Bildschirmmitte ist die Spannung an den Ablenkplatten null. Die Spannung wechselt nun ihre Polung.
  • Der Betrag der Spannung nimmt (bei umgekehrter Polung) immer mehr zu. Der Strahl wird immer mehr nach rechts abgelenkt.
  • Ist der Maximalwert erreicht, ändert sich die Spannung vom positiven Maximalwert auf den negativen Maximalwert.
    (Der Betrag der Spannung bleibt erhalten, die Polung ändert sich.)
    Der Strahl springt vom rechten Rand an den linken Rand des Schirms.
  • Der Vorgang beginnt von vorn.
Eine solche Spannung wird auch als Sägezahnspannung bezeichnet.

(4) Beide Ablenkungen zusammen:

Die Überlagerung der horizontalen und der vertikalen Ablenkung ergibt dann das eigentliche Oszilloskopbild.

Soll das Bild für das Auge stehen, muss es nicht nur schnell genug aufgebaut werden, sondern man muss auch noch dafür sorgen, dass die beiden Spannungen synchronisiert werden, dass z.B. der Strahl genau dann horizontal "losläuft", wenn die vertikale Ablenkspannung einen bestimmten Wert hat.

Dies nennt man "Triggerung".

Simulation