कॅथोड किरण दोलनदर्शक (CRO) हे इलेक्ट्रॉनिक मंडल (circuit) व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या चाचणीसाठी तसेच उपकरणे विकसित करण्यासाठी एक अतिशय उपयुक्त, सामान्य उद्देशीय इलेक्ट्रॉनिक साधन आहे. सी.आर.ओ.च्या साहाय्याने ए.सी. संकेताचा आकार, मोठेपणा आणि वारंवारता मोजली जाऊ शकते. हे उपकरण डी.सी.संकेताचा मोठेपणा ठरवण्यासाठी देखील उपयुक्त आहे.सी.आर.ओ.च्या अष्टपैलुतेमुळे त्याचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिक संकेताचा किंवा प्रविष्ट विद्युत संकेतांचा कालानुरूप होणार बदल अभ्यासण्यासाठीही होतो. संकेताचा काही भाग वेळेच्या प्रमाणात किंवा विकृतीमध्ये वाढवू शकतो तसेच त्याचा स्तरोन्नती वेळ ,पडणे वेळ किंवा इतर वैशिष्ट्ये अभ्यासली जाऊ शकतात.
सी.आर.ओ.च्या ठोकळाकृतीचे महत्त्वाचे घटक पुढीलप्रमाणे आहेत.
(१) कॅथोड किरण नलिका : (cathode ray tube). कॅथोड किरण नलिका हा कॅथोडे किरण दोलनदर्शकामधील अतिशय महत्त्वाचा घटक आहे. याचे मुख्य कार्य म्हणजे टोकदार इलेक्ट्रॉन किरण तयार करून तो प्रचंड वेगाने फॉस्फर पडद्यावर आदळणे. यामुळे पडद्यावर प्रकाशमान बिंदू तयार होतो. थोडक्यात या नलिकेचा उपयोग सी.आर.ओ.ला आगत संकेतांना दृष्य स्वरूपात पडद्यावर दाखविण्यासाठी केला जातो. कॅथोड किरण नलिका निर्वात असते, ती नरसाळाकृती आकाराची असून काचेपासून बनविलेली असते.
कॅथोड किरण नलिकेची रचना दोन मुख्य भागांमध्ये केली जाते : (१) ग्रीवा (neck) : कॅथोड किरण नलिकेच्या पाठीमागील भागास ग्रीवा असे म्हणतात. ही काचेची असून, त्यामध्ये तंतू
(filament) कॅथोड, नियंत्रक ग्रिड, पूर्वप्रवेगक धनाग्र (pre-accelerating anode), केंद्रीकारक धनाग्र (focusing anode) इत्यादी भाग येतात. (२) पडदा : कॅथोड किरण नलिकेच्या पुढील भागास पडदा असे म्हटले जाते. यामध्ये उभ्या आणि आडव्या झुकणाऱ्या पट्टया ,ॲक्वाडॅग आवरण (aquaDAG, जलाधारित कलिली ग्रॅफाइट आवरण) इत्यादी भाग येतात.
कॅथोड किरण नलिकेचे कार्य : कॅथोड किरण नलिकेच्या आधारक अग्राला (base terminal) ज्यावेळी विद्युत पुरवठा दिला जातो, त्यावेळी कॅथोड किरण नलिकेमधील विविध विभागांचे कार्य खालीलप्रमाणे चालते.
(अ) तंतू किंवा तापक (filament or heater) : कॅथोड किरण नलिकेमधील तंतूला ज्यावेळी मंडलाद्वारे विद्युत पुरवठा दिला जातो, त्यावेळी तंतू नलिकेमधील कॅथोडला गरम करते.
(ब) कॅथोड : ज्यावेळी कॅथोड गरम होतो, तेव्हा तो इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित करतो.
(क) नियंत्रक ग्रिड : कॅथोडने उत्सर्जित केलेले इलेक्ट्रॉन अस्ताव्यस्त अवस्थेत असतात. तेव्हा ते इलेक्ट्रॉन नियंत्रित करण्याचे कार्य ग्रिड करते. त्यासाठी या ग्रिडच्या पुढील बाजूस एक छिद्र असते, त्या छिद्रातून इलेक्ट्रॉन बाहेर पडतात.
(ड) पूर्वप्रवेगक धनाग्र : नियंत्रक ग्रिडने नियंत्रित केलेल्या आणि नियंत्रक ग्रिडच्या छिद्रातून बाहेर पडणारे इलेक्ट्रॉन पडद्याच्या दिशेने ढकलण्याचे कार्य या धनाग्राकडून केले जाते.
(इ) केंद्रीकारक धनाग्र : पूर्वप्रवेगक धनाग्राने पडद्याकडे ढकललेले इलेक्ट्रॉन एका सरळ रेषेत आणून तेथे इलेक्ट्रॉनचे किरण तयार करण्याचे कार्य केंद्रीकारक धनाग्र करते.
(ई) ॲक्वाडॅग आवरण : हे आवरण दृष्य (picture) नलिकेच्या आतील बाजूस असते. या आवरणास कॅथोड किरण नलिकेसाठी आवश्यक असणारा उच्च विद्युत दाब दिला जातो. या उच्च विद्युत दाबामुळे इलेक्ट्रॉन किरणावर सर्व बाजूने सारखाच दाब पडून किरण नलिकेच्या मध्यभागी राहतो. तसेच उच्च विद्युत दाबामुळे इलेक्ट्रॉन किरण पडद्याच्या दिशेने ढकलला जाऊन पडद्याच्या आतील बाजूस मधोमध पडतो. त्यामुळे पडद्याच्या पुढील काचेवर प्रकाशमान बिंदू दिसतो.
(उ) आडव्या झुकणाऱ्या पट्टया : ज्यावेळी कॅथोड किरण नलिकेमधील आडव्या झुकणाऱ्या पट्टयांना सी.आर.ओ.मधील आडवा आवर्धक विभागाकडून करवती तरंग (sawtooth wave) मिळतात, त्यावेळी त्या तरंगांच्या स्वरूपानुसार आडव्या झुकणाऱ्या पट्टया इलेक्ट्रॉन किरणाला पडद्याच्या आतील बाजूस क्षैतिज रीत्या (आडव्या) वळवितात. त्यामुळे पडद्याच्या काचेवर प्रकाशित झालेला आडवा इलेक्ट्रॉन किरण दिसतो. त्या इलेक्ट्रॉन किरणाला आडवा अनुरेख (horizontal trace) असे म्हणतात.
(ऊ) उभ्या झुकणाऱ्या पट्टया : ज्यावेळी सी.आर.ओ.ला संकेत दिला जातो, त्यावेळी उभ्या झुकणाऱ्या पट्टया त्या संकेताच्या विद्युत दाब आकारमानानुसार (amplitude) आडव्या इलेक्ट्रॉन किरणाला (आडव्या अनुरेखाला) उभ्या दिशेने वळवितात. त्यामुळे पडद्यावर आगत संकेत दृश्य स्वरूपात पहावयास मिळतो.
(ए) पडदा : कॅथोड किरण नलिकेच्या पुढील भागास पडदा असे म्हटले जाते. हा पडदा काचेचा असून त्याच्या आतील बाजूस फॉस्फरसचा थर दिला जातो. त्यामुळे पडदा तो फॉस्फरस ज्या रंगाचा असेल, त्या रंगाचा दिसतो.
अशा प्रकारे कॅथोड किरण नलिकेचे कार्य चालते.
(२) उभा आवर्धक : (Vertical amplifier). ज्या संकेताचे तरंग स्वरूप पाहायचे आहे, तो संकेत उभ्या आवर्धकाला प्रविष्ट केला जातो. या आवर्धकाला लाभांक (gain) कमी-जास्त करण्यासाठी व्होल्ट किंवा डिव्हिजन (volt or division) हे बटण असते. या आवर्धकाच्या साहाय्याने प्रविष्ट संकेताचे आवर्धन (amplification) किंवा प्रविष्ट संकेत जास्त असल्यास त्याचे अवनतीकरण (attenuation) केले जाते. उभ्या आवर्धकापासून प्राप्त संकेत हा विलंब रेखेद्वारे (delay line) उभ्या झुकणाऱ्या पट्टीला दिला जातो. याचा उपयोग पडद्यावरील प्रकाशमान बिंदू खाली-वर सरकवण्यासाठी होतो. उभ्या आवर्धकाची पट्टविस्तार (bandwidth) कमी असावा.
(३) विलंब रेख :(Delay line). दोलनदर्शकामध्ये विलंब रेखेचा उपयोग येणाऱ्या संकेताला काही वेळ (साधारणतः ८० नॅनो सेकंद) थोपवून धरण्यासाठी होतो. यामुळे जे तरंग स्वरूप पाहायचे आहे, ते तरंग स्वरूप काही वेळेपर्यंत उभ्या झुकणाऱ्या पट्टीला पोहचण्यापूर्वी आदेश अनुवर्ती मंडलाला दिले जाऊन कालानुरूप उत्पादक चालू करतो. यामुळे तरंग स्वरूप पडद्याच्या बरोबर डाव्या बाजूपासून दिसते. तरंग स्वरूप व्यवस्थित दिसण्यासाठी दोन्ही प्रकारच्या झुकणाऱ्या पट्टीला एकाच वेळी संकेत मिळणे आवश्यक असते. यासाठी विलंब रेखेचा उपयोग होतो.
(४) आदेश अनुवर्ती मंडल : (Trigger circuit). प्रविष्ट संकेताचा काही भाग आदेश अनुवर्ती मंडलाला दिला जातो. त्यामुळे विशिष्ट वेळेला स्पंद (pulse)देऊन कालानुरूप उत्पादक सुरू करता येतो.
(५) कालानुरूप उत्पादक : (Time based generator). हा उत्पादक करवती तरंग तयार करून पुढे तो आडव्या झुकणाऱ्या प्लेटला देतो. या तरंगामध्ये धन (positive) दिशेने जाणाऱ्या भागाचा विद्युत दाब हळूहळू वाढत असल्यामुळे पडद्यावरील प्रकाशमान बिंदू डावीकडून उजवीकडे जाताना दिसतो. या तरंगाने जास्तीत जास्त विस्तार (amplitude) धारण केल्यानंतर विद्युत दाब क्षणात शून्य होतो. त्यामुळे प्रकाशमान बिंदू तेवढ्याच वेगात उजवीकडून डावीकडे येतो आणि पुन्हा विद्युत दाब धन दिशेने वाढत असल्यामुळे बिंदू पुन्हा उजवीकडे जातो. याची वारंवारता वाढविल्यास प्रकाशमान बिंदू गतीने डावीकडून उजवीकडे जाताना दिसतो. एक विशिष्ट वारंवारतेनंतर दृष्टिदोषामुळे पडद्यावर बिंदूची हालचाल न दिसता एक आडवी रेघ दिसते.
(६) आडवा आवर्धक : (Horizontal amplifier). सी.आर.ओ.मध्ये आडव्या आवर्धकाचा उपयोग खालील प्रमुख दोन कार्यासाठी होतो :
(अ) जेव्हा सी.आर.ओ. साधारण पध्दतीमध्ये काम करतो, संकेत फक्त उभ्या आवर्धकाला प्रविष्ट केला जातो. तेव्हा आडवा आवर्धक हा प्रसर्प उत्पादकापासून (sweep generator) प्राप्त संकेताचे आवर्धन करतो व पुढे आडव्या झुकणाऱ्या पट्टीला देतो.
(ब) जेव्हा सी.आर.ओ.स्थापक (plotter) म्हणून कार्य करतो, तेव्हा आडवा आवर्धक सी.आर.ओ.च्या अग्राचे संकेत आवर्धन करतो व पुढे आडव्या झुकणाऱ्या प्लेटला देतो.
(७) विद्युत पुरवठा विभाग: या विभागामध्ये उच्च विद्युत दाब आणि लघु विद्युत दाब विजेची निर्मिती व पुरवठा केला जातो. उच्च विद्युत दाब पुरवठा कॅथोड किरण नलिकेला तर लघु विद्युत दाब पुरवठा बाकी मंडलाकडे केला जातो. यासाठी सर्वसाधारणपणे स्विच पध्दती वीज पुरवठा (switch mode power supply )वापरला जातो.
उपयोग : (१) कॅथोड किरण दोलनदर्शकाच्या साहाय्याने वेगवेगळे विद्युत संकेत दृश्य स्वरूपात पाहता येतात. सध्या याचा वापर विद्युत धारा,विद्युत दाब,वारंवारता व वेगवेगळे विद्युत तरंग पाहण्यासाठी व मोजण्यासाठी केला जातो. तसेच प्रविष्ट आणि प्राप्त तरंग स्वरूप पाहून दोष निवारण किंवा विशिष्ट समायोजनासाठी (tuning) याचा वापर केला जातो. (२) वैद्यकीय क्षेत्रात सर्वसाधारण व्यक्तीच्या संकेताशी दोषी व्यक्तीच्या संकेताची तुलना करून आजारी व्यक्तीच्या आजारावर उपचार करण्यासाठी सीआरओचा वापर केला जातो. (३) रडारमध्ये सीआरओच्या साहाय्याने फिरणारे लक्ष्य जसे विमान, पक्षी हे पडद्यावर (screen) दर्शविले जाते. (४)सीआरओच्या साहाय्याने अनेक प्रविष्ट संकेताचा अभ्यास एकाच वेळेस केला जातो.
संदर्भ :
- Bakshi, A.V.; Bakshi, K.A.; Bakshi, U.A. Electronic measurement systems, Technical publication, Pune.
- Bhattacharya, S.K. Electrical engineering drawing, New age international publishers.
- Chattopadhyay, D.; Rakshit, P.C. Electronics fundamentals and applications, New age international publishers.
- Kishor, K. Electronic measurement and instrumentation, Pearson publication.
- Rasal, A.M. Basic Electronics, Sai Publication, Kolhapur.
समीक्षक – दिपक बनकर