Mit Hilfe einer Braunschen Röhre
kann man schnell wechselnde Spannungen bzw. Ströme erkennbar
machen. Sie ist das wesentliche Bauteil im Fernseher und auch im
Oszilloskop.
Der Erfinder der Braunschen Röhre war Karl Ferdinand
Braun. Er wurde am 6. Juni 1850 in Fulda geboren. Nach seinem
Abitur im Jahr 1868 begann er sein Studium im Bereich Physik zunächst
in Marburg wechselte jedoch nach einem Jahr nach Berlin, wo er sein
Studium als Gymnasiallehrer fortführte. Dort wurde er Assistent des
Physikers Hermann Georg Quincke und folgte ihm 1872 nach Würzburg,
zwei Jahre später begleitet er ihn nach Heidelberg und bewarb sich
an der Thomasschule in Leipzig, da es dort ein wichtiges
Physikalisches Institut gab. Eine seiner wichtigstem Erfindungen war
die Braunsche Röhre 1897, die für die Fernsehertechnik
unentbehrlich ist. Gemeinsam mit Marconi erhielt K.F. Braun 1909 der
Nobelpreis für seine Leistungen in der Funk- und Fernsehtechnik
Am 20. April 1918 ist er an der Folgen eines Unfalls in New York
gestorben
Die Braunsche Röhre ist ein trichterförmiges
evakuiertes Glasrohr. Es enthält im Innern eine "Elektronenkanone",
ein Ablenksystem aus Kondensatorplatten (3,4) und einen Leuchtschirm
(5). Die Elektronenkanone besteht aus einem auf 1000°C aufheizbaren
Heizdraht , einem Wehneltzylinder (1) und einer einer Lochblende (2).
Durch das Erhitzten treten Elektronen aus der Glühkathode aus. Sie
werden zur positiven Lochblende hin beschleunigt (durch den
Wehneltzylinder fokussiert), und passieren sie als dünner
Elektronenstrahl.
Die Braun'sche Röhre - wie sie z.B. in einem Kathodenstrahloszilloskop
vorhanden ist - besitzt zwei Kondensatorplatten, um den Elektronenstrahl
abzulenken. Mit dem folgenden Java Applet kann die Ablenkung eines
Elektronenstrahls in einer Braun'schen Röhre simuliert werden. Entscheidend
sind hierfür die Beschleunigungsspannung zwischen Glühkathode und Anode, sowie
die Ablenkungsspannung an den Kondensatorplatten.
Hinweis: um das Applet zu neu starten auf reset drücken.
Aufgaben:
Die Bewegung
des Elektrons lässt sich in vier Phasen unterschiedlicher
Bewegungsarten einteilen. In welche? (Hier hilft auch ein Blick auf
die t-v Diagramme)
Setze die
Ablenkspannung auf -4 kV. Überprüfe durch eine geeignete graphische
Auftragung, dass es sich zwischen den Kondensatorplatten um eine
Parabel handelt.
In diesem Applet
von Jakob Vogel kann sogar die Geometrie der Ablenkplatten,
sowie die Heizspannung verändert werden. Das Applet erfordert eine Java
Laufzeit Umgebung der Version 1.4 oder später. Diese wird bei Bedarf
herunter geladen.
Die Spannung an den
horizontal ablenkenden Platten ist hier immer 0.
Nur an die vertikalen Platten eine Spannung angelegt.
Der Strahl bleibt daher in der Bildmitte auf einer vertikalen Achse
- er "wandert auf und ab".
(2) Nur horizontale
Ablenkung.
Diesmal liegt keine
Spannung an den vertikal ablenkenden Platten.
Der Strahl bleibt in der Bildschirmmitte auf einer horizontalen
Achse.
Die Sägezahnspannung an
den Horizontal-Ablenkplatten bewirkt, dass der Strahl von links nach
rechts "wandert".
Ist die Spannung 0, ist er in der Bildschirmmitte.
(3) Beide Ablenkungen
zusammen.
Beide Ablenkungen
zusammen ergeben das bekannte 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.
Hier noch ein Lehrfilm des Multimedia
Labors der Uni Karlsruhe, welcher die Funktionsweise (vor allem des
Wehneltzylinders!) sehr schön animiert zeigt: Video
Kathodenstrahlröhre (4849 kB)
Hier noch einige
Links zu anderen Java-Applets zum Thema Kathodenstrahlröhre:
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.
Dies ist genau
dieselbe Darstellung noch einmal, nur schneller. Macht man die Darstellung
schnell genug, so erscheint dem Auge der Strahlverlauf als horizontaler
Strich.
Wegen seiner Form
nennt man den Spannungsverlauf auch "sägezahnförmig".
