Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпоры по ТТЭ - файл ГЛАВА 14.doc


Загрузка...
Шпоры по ТТЭ
скачать (3670.4 kb.)

Доступные файлы (14):

ГЛАВА 10.doc3655kb.15.01.2005 00:00скачать
ГЛАВА 12.doc4472kb.15.01.2005 00:09скачать
ГЛАВА 14.doc1723kb.15.01.2005 00:31скачать
ГЛАВА 16.doc489kb.15.01.2005 00:52скачать
ГЛАВА 18.doc2195kb.15.01.2005 01:20скачать
ГЛАВА 1.doc41kb.13.01.2005 18:16скачать
ГЛАВА 20.doc492kb.15.01.2005 01:44скачать
ГЛАВА 2.doc718kb.13.01.2005 19:41скачать
ГЛАВА 3.doc7420kb.13.01.2005 22:41скачать
ГЛАВА 4.doc233kb.13.01.2005 23:04скачать
ГЛАВА 5 .doc6394kb.14.01.2005 14:44скачать
ГЛАВА 6.doc476kb.14.01.2005 14:59скачать
ГЛАВА 7.doc804kb.14.01.2005 23:05скачать
ГЛАВА 8.doc1338kb.14.01.2005 23:12скачать

ГЛАВА 14.doc

  1   2   3
Реклама MarketGid:
Загрузка...

ГЛАВА 14

ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ



В системах, где требуется представить информацию в удобной форме для визуального восприятия человеком, применяются сред­ства отображения информации. Одной из основных частей этих средств является индикатор – электронный прибор для преобразования электрических сигналов в пространственные распределения яркости. Свойства и характеристики индикатора определяют инфор­мационную емкость, быстродействие, надежность и другие параме­тры средств отображения информации.

За последние годы наряду с электронно-лучевыми приборами (ЭЛП) стали широко применяться дискретные индикаторы. Преиму­ществами последних являются возможность непосредственной свя­зи с вычислительными комплексами, практически любая необходи­мая точность воспроизведения информационных моделей, эконо­мичность, высокая надежность, простота сопряжения с микроэлект­ронной аппаратурой.

В настоящей главе из электронных индикаторов будут рассмот­рены электронно-лучевые приборы (§ 14.1), электросветовые при­боры (§ 14.2) и оптоэлектронные индикаторы (§ 14.3). Авторы по­считали целесообразным включить в эту главу и фотоэлектричес­кие приборы (§ 14.4). Фотоэлектрические приборы регистрируют оптическое излучение в случае его использования в системах пе­редачи и обработки информации. Электрический сигнал на выходе фотоэлектрических приборов может быть далее использован для визуального отображения ранее рассмотренными приборами.

^

14.1. Электронно-лучевые приборы



14.1.1. Классификация

Электронно-лучевыми приборами называются электровакуумные приборы, в которых используется узкий направленный пучок электронов – луч или несколько лучей. Электронно-лучевой прибор, умеющий форму трубки, вытянутой по направлению луча, называ­ется электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Большинство электрон­но-лучевых приборов служит для получения видимого изображения на люминесцирующем экране.

Иногда используют более четкое определение ЭЛТ: электрон­но-лучевая трубка – это электронный прибор, в котором электрон­ный пучок (или пучки) может быть сфокусирован в поперечном сече­нии до нужного размера на поверхности, а также может изменять положение и интенсивность, способствуя получению видимого или об­наруживаемого другим способом изображения.

По назначению электронно-лучевые приборы делят на четыре основные группы:

  • приборы, преобразующие электрический сигнал в видимое изо­бражение (осциллографические трубки, электронно-лучевые трубки индикаторных устройств, кинескопы для приема телевизионных изоб­ражений, трубки дисплеев, выводящие информацию из ЭВМ);

  • приборы, преобразующие оптическое изображение в электри­ческий сигнал (передающие телевизионные трубки);

  • приборы, преобразующие электрические сигналы в электри­ческие (запоминающие трубки), позволяющие осуществить запись, хранение и считывание электрических сигналов;

  • приборы, преобразующие невидимое изображение в видимое (электронные микроскопы).

Несмотря на большое разнообразие электронно-лучевых прибо­ров, каждый из них содержит три основных элемента: электронный прожектор, необходимый для создания сфокусированного элект­ронного луча с требуемой плотностью тока; отклоняющая система; экран, принимающий электронный луч. Ниже будет подробно рас­смотрена первая группа приборов. По способу фокусировки и откло­нения луча эти приборы делятся на электростатические (исполь­зуется электростатическая система фокусировки и отклонения), магнитные (используются магнитные системы фокусировки и от­клонения) и комбинированные (используются электростатическая фокусировка и магнитное отклонение луча).
^ 14.1.2. Устройство и принцип действия ЭЛТ с электростатическим управлением

Напомним, что электронно-лучевые приборы, имеющие фор­му трубки, вытянутой в направлении луча, называются электрон­но-лучевыми трубками (ЭЛТ). Устройство электростатической электронно-лучевой трубки показано на рис. 14.1. Трубка пред­ставляет собой стеклянный баллон специальной формы, в кото­ром создан высокий вакуум и расположены электроды, формирующие электронный луч (электронный прожектор) и электроды, управляю­щие этим лу­чом. Приемником электронов служит люминесцентный эк­ран Э, преобра­зующий энер­гию электронного луча в световое излучение. На внутреннюю по­верхность трубки нанесено проводящее покрытие ПП.

Электронный прожектор состоит из оксидного катода косвенно­го накала ^ К, вокруг которого располагается управляющий электрод модулятор М, имеющий форму цилиндра с отверстием. Далее располагаются два цилиндрических электрода – аноды , , каж­дый из которых имеет одну или несколько диафрагм, способствую­щих формированию электронного луча. Модулятор служит для управления интенсивностью луча и входит в систему предваритель­ной его фокусировки. Действие модулятора подобно действию уп­равляющей сетки в вакуумном триоде. На модулятор подается от­рицательное напряжение относительно катода. При увеличении отрицательного напряжения на модуляторе увеличивается потенциальный барьер около катода, уменьшается плотность электронного потока, что влияет на интенсивность све­чения экрана. Зависимость тока электрон­ного луча (или яркости свечения экрана) от напряжения между модулятором и като­дом называется модуляционной характе­ристикой (рис. 14.2). Влияние напряжения модулятора на ток луча оценивается кру­тизной модуляционной характеристики:


^ 14.1.3. Электронный прожектор с электростатической фокусировкой

Принцип работы электронного прожектора во многом аналоги­чен принципу действия оптических фокусирующих систем, поэто­му раздел электроники, изучающий фокусировку электронных по­токов и законы их движения, называют электронной оптикой. Не­однородные электрические поля, формируемые системой элект­родов и используемые для изменения скоростей и направления движения электронов, называют электронными линзами. Таким образом, электронный прожектор представляет собой электрон­но-оптическую систему, состоящую из электростатических элект­ронных линз.

Траектории электронов в линзах невозможно определить ана­литически, но можно их найти приближенно построениями от точ­ки к точке вручную или с помощью ЭВМ. Поясним этот способ на­хождения траектория, позволяющий описать особенности элект­ронных линз.

Пространство между любыми заряженными электродами раз­бивается на области с помощью ряда эквипотенциальных поверх­ностей или линий, изображенных на рис. 14.3 для обычного элект­ронного прожектора, содержащего две линзы ( и ). Отдельно на рис. 14.4 изображены небольшие участки трех эквипотенци­альных линий линзы , ограничивающих области 1 и 2. В области 1 потенциал считается постоянным и равным , а в области 2 так­же постоянным, но равным . Скачок потенциала происходит на граничной эквипотенциальной линии, так что =(+)>. Электрон, двигаясь по прямой АВ с постоянной скоростью в об­ласти 1, достигает эквипотенциальной линии в точке 0. Проведем в этой точке нормаль MN к эквипотенциальной линии. Образовав­шийся угол можно назвать по аналогии с оптикой углом падения.

При прохождении элект­рона через эквипотенциаль­ную линию его тангенциаль­ная (касательная) составляю­щая скорости останется неиз­менной (=), так как элект­рическая сила в этом направ­лении отсутствует. Однако нормальная составляющая скорости скачком возрастет до боль­шего значения > в результате воздействия электрической силы, направленной на границе по нормали от области 2 к облас­ти 1. Скорость можно записать как =>. С другой стороны, абсолютное значение скоростей определяется по­тенциалами, т.е. ||=,||. Соответственно угол наклона траектории в области 2 можно определить из соот­ношения =/. Угол по аналогии с оптикой можно назвать углом преломления.

Так как тангенциальные составляющие остались равными, то sin=sin и поэтому sin/=> 1.

Итак, при > происходит отклонение траектории электрона на рис. 14.4 вниз от начального направления АВ по направлению к нормали MN (<). Рассмотренный эффект подобен преломлению света на границе двух сред с различными коэффициентами преломления, если принять, что последний пропорционален корню квад­ратному из потенциала. Подобно этому можно проследить траекто­рию при пересечении электроном следующей эквипотенциальной линии и траектории всех электронов, входящих в линзу. Размеры электродов и потенциалы электронного прожектора на рис. 14.3 вы­бираются при проектировании так, чтобы крайние траектории элект­ронов, выходящих из катода, имели вид кривых d-d' и с-с'.

Первая линза состоит из термокатода К, модулятора М и анода . Поле этой линзы простирается до поверхности катода, обеспечивая отбор эмитируемых электронов, их ускорение и фоку­сировку. Вторая линза состоит из анодов и и обеспечивает собирание электронов, прошедших фокусное пятно линзы , на эк­ране трубки. Короткофокусную линзу обычно называют предва­рительной, а линзу главной. Нетрудно убедиться, что левая часть линзы (до сечения аа') производит собирающее действие, правая – рассеивающее (дефокусирующее). Может показаться, что эти воздействия компенсируют друг друга. Преломляющее действие собирающей части линзы сильнее, чем рассеивающей, так как из-за большего потенциала в рассеивающей части линзы скорости движения электронов в ее пространстве больше, т.е. от­клоняющее воздействие поля меньше, чем в собирающей. Поэто­му фокусирующее действие преобладает, но рассеивающая часть увеличивает фокусное расстояние линзы . Аналогичное замеча­ние можно сделать и для линзы .

Все электроды электронного прожектора обычно питаются от одного источника с помощью делителя напряжения. На второй анод подают по отношению к катоду положительное напряжение несколько киловольт, на первый анод – несколько сотен вольт, на модулятор – несколько десятков вольт отрицательного напряжения. В делителе напряжения имеется потенциометр для измене­ния напряжения модулятора (регулировка яркости луча) и другой потенциометр для регулировки напряжения на первом аноде (фокусировка луча). Рассмотренный четырехэлектродный прожектор (К – М ) имеет существенный недостаток – взаимное влия­ние регулирования яркости и фокусировки. Необходимое для фо­кусировки изменение потенциала первого анода в той или иной степени влияет на яркость, так как этот анод своим полем (как и в вакуумном триоде) действует на потенциальный барьер около ка­тода. В то же время изменение напряжения на модуляторе, пред­назначенное для регулировки тока луча (т.е. яркости), сдвигает вдоль оси трубки область первого пересечения электронных траек­торий между линзами и , т.е. нарушает фокусировку луча на экране. Кроме того, при регулировке яркости модулятором проис­ходит некоторое изменение тока первого анода. Так как в его цепь включен резистор с большим сопротивлением, то изменение тока приведет к изменению напряжения на первом аноде, что вызовет нарушение фокусировки.

Для уменьшения этой взаим­ной зависимости регулировок в бо­лее совершенных конструкциях между модулятором и первым ано­дом помещают ускоряющий электрод У, который соединяют со вто­рым анодом (рис. 14.5). Этот элект­род экранирует катод от первого анода, ослабляя его действие на потенциальный барьер у катода, поэтому ток луча становится прак­тически независимым от напряжения первого анода. Кроме того, диафрагмы ускоряющего электрода перехватывают электроны, от­клонившиеся далеко от оси. В этом случае для первого анода можно ограничиться одной диафрагмой с большим отверстием, что позво­лит свести к нулю ток первого анода. Этот прожектор является пяти­электродным М У ).
^ 14.1.4. Электронный прожектор с магнитной фокусировкой

Принцип действия электронного прожектора с магнитной фоку­сировкой показан на рис. 14.6,а. Он состоит из катода К, модулятора M, анода и короткой магнитной катушки МК, которая надевается на горловину трубки. Модулятор и анод образуют (как и ранее) ко­роткофокусную электростатическую линзу, предварительно фокуси­рующую электроны, выходящие из отверстия модулятора, к оси трубки. Магнитная линза, образованная неоднородным магнитным полем (с индукцией В) короткой катушки, по виткам которой проходит ток, является главной фокусирующей линзой. В каждой точке пространства вектор магнитной индукции В и скорость электрона v можно разложить на две составляющие: осевые , и радиальные ,(рис. 14.6,б). В результате взаимодействия составляющей ско­рости электрона с составляющей магнитного поля на электрон действует сила Лоренца = -q [], направленная перпендику­лярно плоскости рисунка (рис. 14.6,в). Под действием этой силы электрон начинает смещаться по направлению вектора с некото­рой азимутальной скоростью . Но при этой скорости из-за нали­чия составляющей магнитного поля возникает сила Лоренца =-q[], направленная к оси трубки (рис. 14.6,г). Таким образом, электроны приобретают радиальную составляющую скорости, на­правленную к оси трубки: Благодаря этому электроны, влетающие в магнитное поле фокусирующей катушки расходящимся пучком, пос­ле прохождения поля магнитной линзы приближаются к оси трубки. Если подобрать соответствующий ток фокусирующей катушки, мож­но осуществить фокусировку электронного луча на экране трубки. Магнитные линзы обеспечивают хорошую фокусировку при боль­шом токе луча. Однако система магнитной фокусировки имеет боль­шие габариты и массу, а также потребляет значительную энергию.
^ 14.1.5. Электростатическая отклоняющая система ЭЛТ

Основное назначение отклоняющих систем – перемещение по экрану сфокусированного электронного пучка. Простейшая элект­ростатическая отклоняющая система представляет собой две пары пластин, на которые подаются отклоняющие напряжения и . Одна пара пластин (X) отклоняет луч в горизонтальном направ­лении, а другая (Y) – в вертикальном. Рассмотрим отклонение электронов электрическим полем, которое создается напряжением , действующим на горизонтальных параллельных пластинах. Пластины расположены друг от друга на расстоянии d и имеют дли­ну l (рис. 14.7). Расстояние от экрана до пластин . Электрон, вле­тающий в электрическое поле отклоняющих пластин с напряженностью =/d и скоростью , определяемой потенциалом анода (=), движется равномерно в направлении z по закону z =t. В направлении y на электрон действует сила = -q. Под действием этой силы электрон движется равноускоренно по закону y=at2/2. Величина ускорения а определяется из условия q=та. Тогда можно записать у=(/4d)z2. Из этого соотношения и рис. 14.7 видно, что отклонение электрона на экране определяется суммой . Так как , то =(/2d)(/2+).

Основным параметром электростатической отклоняющей систе­мы является чувствительность к отклонению , показывающая, на сколько миллиметров отклоняется луч на экране при изменении отклоняющего напряжения на 1 В: =/. Отсюда следует, что для создания большей чувствительности необходимо увеличивать длину пластин и расстояние их от экрана и уменьшать и d. Одна­ко уменьшение d приводит к уменьшению предельного угла отклоне­ния , а снижение ухудшает яркость. Для увеличения чувст­вительности применяют отклоняющие системы с пластинами, име­ющими отогнутые края.

К достоинствам систем электростатического отклонения луча от­носится малая инерционность и, следовательно, возможность ис­пользования отклоняющих напряжений большой частоты, а также малые габариты, масса и незначительное потребление энергии от источника отклоняющего напряжения. Недостатки электростатичес­ких систем – сильная (обратно пропорциональная) зависимость чув­ствительности от и малый предельный угол отклонения.
^ 14.1.6. Магнитная отклоняющая система ЭЛТ

Магнитная отклоняющая система состоит из двух пар откло­няющих катушек, расположенных на горловине трубки и создающих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Упрощенное изображение магнитной отклоняющей системы пока­зано на рис. 14.8,а. По виткам пар отклоняющих катушек 1 и 2 соот­ветственно проходят токи и , которые обеспечивают получение двух взаимно перпендикулярных магнитных полей с индукциями и. При взаимодействии электронов с магнитным полем с индук­цией возникает сила Лоренца, отклоняющая луч в горизонталь­ном направлении, а при взаимодействии с полем индукции – в вертикальном направлении. Рассмотрим отклонение луча в верти­кальном направлении. Под действием ускоряющего напряжения анода фокусирующей системы электрон влетает в магнитное поле со скоростью v= (рис. 14.8,б): =. Под действием возникающей силы Лоренца = -q[v] электрон вращается по окружности радиусом R = mv/q. Выйдя из магнитного поля, электрон движется к экрану по касательной к окружности, отклоняясь от центра экрана на расстояние . Из рисунка видно, что =. При малых углах отклонения .




Тогда



Индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков отклоняющей катушки: =k, =k (k – коэффициент пропорциональности). Тогда



Аналогично

.

^ Чувствительность к магнитному отклонению , показыва­ющая, на сколько миллиметров отклоняется луч на экране при из­менении тока протекающего через катушки на 1 А: =/=. Из этой формулы следует, что чувствительность уменьшается при увеличении массы отклоняемой частицы т.

Основное преимущество магнитного отклонения по сравне­нию с электростатическим заключается в меньшей зависимости чувствительности от ускоряющего напряжения и возможности по­лучения больших углов отклонения. Последнее позволяет значи­тельно уменьшить длину трубки. Кроме того, внешнее относи­тельно трубки расположение катушек позволяет применять откло­няющие системы, вращающиеся вокруг оси трубки.

Одним из существенных недостатков магнитных отклоняющих систем является большая потребляемая мощность для получе­ния требуемых токов отклонения, большая инерционность из-за значительных собственных емкостей и индуктивностей. Магнит­ные отклоняющие системы могут работать на частотах до не­скольких десятков килогерц (для сравнения: электростатические системы отклонения могут работать на частотах до нескольких со­тен мегагерц).
^ 14.1.7. Экраны электронно-лучевых трубок

В большинстве электронно-лучевых трубок применяют люми­несцентные экраны, преобразующие энергию электронного луча в энергию видимого излучения. Экран представляет собой тонкий непроводящий слой люминофора, нанесенного на дно стеклянной колбы. Принцип действия такого экрана заключается в следую­щем. Ускоренные электроны, попадая на экран, передают часть энергии атомам люминофора, переводя валентные электроны на более высокие энергетические уровни в зоне проводимости. Свечение (яркость) экрана объясняется последующим переходом электронов с более высоких энергетических уровней на нижние. При таком переходе выделяются кванты света с энергией, опреде­ляемой разностью энергий уровней.

При бомбардировке люминофора электронами, вызывающей свечение экрана, часть электронов, оказавшихся на верхних уровнях, может покинуть люминофор. Это явление, называемое вторичной электронной эмиссией, как будет показано ниже, ограничива­ет достижимую яркость экрана.

Энергия электронов в пучке после второго анода электрон­но-лучевой трубки определяется ускоряющим напряжением вто­рого анода . Но энергия электронов, приходящих в конце кон­цов на поверхность экрана , определяется потенциалом экрана – люминофора, изолированного от второго анода. Этот, пока не­известный потенциал экрана, и будет определять его яркость.

Установившееся (равновесное) значение потенциала долж­но находиться из условия постоянства заряда на поверхности экра­на: число приходящих на экран электронов должно быть равно чис­лу электронов, покидающих его поверхность. Основной причиной ухода электронов и является вторичная электронная эмиссия.

Типичная зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии (отношение числа вторичных электронов к числу первич­ных) от величины потенциала экрана показана на рис. 14.9,а. Сначала при увеличении или энергии первичных электронов чи­сло возбужденных электронов в люминофоре возрастает, т.е. воз­растает число вторичных электронов (растет ). Появление макси­мума при дальнейшем увеличении объясняется тем, что при бо­лее глубоком проникновении электронов пучка в люминофор за­трудняется выход из него вторичных электронов. На кривой имеют­ся две точки, в которых = 1. Эти точки соответствуют так называе­мым первому () и второму () критическим потенциалам. При < и > < 1, а в интервале > 1.

На рис. 14.9,б показана зависи­мость устанавливающегося потен­циала от заданного потенциала второго анода . Если <, то электроны попадают на экран, имея малую энергию. Так как при <1 число приходящих на экран элект­ронов превышает число выбивае­мых (вторичных) электронов, то на непроводящем экране накаплива­ется отрицательный заряд, снижаю­щий потенциал экрана. Это пониже­ние потенциала будет продолжать­ся до значения, равного потенциалу катода электронного прожектора, принятому за нулевой. Электроны «отражаются» от экрана так, что по­следний перестает светиться.

В интервале << >1 – поэтому происходит накопление положительного заряда, которое вызывает повышение потенциала экрана. Здесь возможны два начальных условия. Если в исходном со­стоянии (до бомбардировки) <, то вторичные электроны ухо­дят на второй анод, вызывая появление на экране положительного заряда. Последнее приведет к росту потенциала и приближению его к значению . Если в исходном состоянии >, то вторич­ные электроны не уходят на анод, а возвращаются на поверхность экрана и понижают его потенциал, значение которого будет стре­миться к . В обоих случаях потенциал стремится к значению , оставаясь немного больше последнего. Экспериментально ус­тановлено, что равновесное значение больше на несколько вольт. Это отклонение от точного равенства = (биссектриса) показано на рис. 14.9,6.

Если >, то потенциал всегда оказывается равным . Если же начальный потенциал экрана выше , то из-за то­го, что на этом участке < 1, потенциал экрана начнет падать, сдвигаясь в сторону . При достижении этой величины падение потенциала экрана приостановится, так как если станет больше единицы, то это повлечет за собой рост потенциала экрана.

Таким образом, сколь бы ни был высок потенциал второго анода, потенциал экрана в работающей трубке не может быть существенно выше , что ограничивает яркость экрана. Величина этого так на­зываемого предельного потенциала экрана зависит от свойств лю­минофора и обычно для разных люминофоров лежит в диапазоне 5...15 кВ. Исключение составляют лишь некоторые люминофоры (как, например, сульфид-селенид цинка), у которых предельный по­тенциал достигает 20...25 кВ. Если требуется повысить потенциал экрана выше предельного, то наряду с применением проводящего покрытия на внутренней стороне баллона применяют также покры­тие проводящим слоем и самого экрана (рис. 14.10,а). В последнем случае всегда = (биссектриса на рис. 14.9,б).

Экраны должны обеспечивать необходимый цвет, яркость све­чения и заданное время послесвечения. К основным параметрам эк­рана относятся следующие.

Яркость свечения В, которая связана с плотностью электронного луча j и регулируется модулятором. Кроме того, яркость за­висит от потенциала экрана, который влияет на скорость (энергию) электронов:

B=Aj(-)

Здесь А, т – коэффициенты, зависящие от типа люминофора; – пороговый минимальный потенциал экрана, при котором еще наблюдается люминесценция.

Яркость современных кинескопов около 120...150 кд/м2. Для сравнения эффективности экранов по яркости используется пара­метр световая отдача (светоотдача), определяемая как сила све­та в канделах на 1 Вт мощности электронного луча : =/. Светоотдача зависит от природы люминофора, его толщины, уско­ряющего напряжения, плотности тока и других факторов. Значения светоотдачи люминофоров ЭЛТ колеблется от 0,1 до 15 кд/Вт. При малых скоростях электронов свечение возникает в поверхностном слое и часть света поглощается люминофором. С увеличением энергии электронов светоотдача возрастает, однако при очень больших скоростях многие электроны пронизывают слой люмино­фора, не вызывая возбуждения, что снижает светоотдачу.

^ Время послесвечения – интервал времени между моментом прекращения возбуждения экрана и моментом спада яркости до определенного уровня (до 1 %). Экраны имеют различные времена по­слесвечения: очень короткое (менее 10-5 с); короткое (10-5.. 10-2 с); среднее (10-2... 10-1с); длительное (10-1...16 с); очень длитель­ное (более 16 с). Для получения длительного послесвечения ис­пользуют двухслойные экраны (рис. 14.10,6). При их изготовлении на дно колбы наносят люминофор 1, который возбуждается свето­вым излучением и обладает длительным свечением. Его покрыва­ют люминофором 2, который возбуждается электронной бомбар­дировкой и имеет короткое послесвечение. Свечение этого люми­нофора используется для возбуждения фотолюминофора.

Разрешающая способность – свойство электронно-лучевой трубки воспроизводить детали изображения. Она оценивается чи­слом отдельно различимых светящихся точек или линий, прихо­дящих на 1 см поверхности.
^ 14.1.8. Основные типы электронно-лучевых трубок

Осциллографические трубки. Осциллографические трубки предназначе­ны для визуального наблюдения временных диаграмм электрических сигналов, измерения параметров этих сигналов, а также для индикации. Обычно в них ис­пользуются прожекторы с нулевым током первого анода и электростатические отклоняющие системы. Для получения на экране осциллографа изображения на одну пару отклоняющих пластин (вертикально отклоняющих) подают напряже­ние сигнала, а на другую пару (горизонтально отклоняющих) – линейно изменяющееся во времени (пилообразное) напря­жение развертки. Под действием напряжения развертки электронный луч пробегает с постоянной скоростью по экрану вдоль горизонтальной оси слева направо, затем бы­стро возвращается в исходную точку (обратный ход). Под влиянием напряжения сигнала электронный луч вычертит на экра­не временную зависимость исследуемого процесса, так как одновременно с линей­ным движением по горизонтали он будет отклоняться по вертикали.

При необходимости получения повышенной яркости свечения экрана, скорости записи и улучшения фокусировки используют трубки с послеускорением, в ко­торых основное ускорение электронов происходит после отклонения луча. Свя­зано это с тем, что увеличение яркости свечения экрана за счет повышения на­пряжения на втором аноде приводит к уменьшению чувствительности трубки, по­этому используются дополнительные аноды, выполненные в виде токопроводящих колец на баллоне трубки (рис. 14.11). Потенциалы анодов находятся в сле­дующем соотношении: >>>. Трубки с послеускорением обладают высокой чувствительностью, так как отклонение идет при малом , и большой яркости, которая определяется большим .

Кинескопы. Кинескоп – приемная электронно-лучевая трубка с люминесцирующим экраном, преобразующая мгновенные значения телевизионного сигнала в последовательность световых импульсов, совокупность которых образует те­левизионное изображение. По назначению различают кинескопы прямого изоб­ражения и проекционные. Последние используются для проекции изображения на большой экран и в системах бегущего светового луча. Для получения телеви­зионного изображения используется растровая развертка. Для этого через от­клоняющие магнитные катушки пропускают токи пилообразной формы, вследст­вие чего на экране возникает система горизонтальных линий – телевизионный растр. Луч прочерчивает горизонтальные строки (строчная развертка) с одновре­менным их смещением в вертикальном направлении (кадровая развертка). Теле­визионный сигнал подается на модулятор, при этом изменяется плотность тока луча, а следовательно, и яркость свечения экрана. Телевизионное изображение строится так, что каждый кадр разбивается на определенное число строк (по стандарту 625). Каждая строка изображения представляется сложным электри­ческим видеосигналом, в котором мгновенные значения напряжения в данный момент соответствуют яркости изображения детали объекта.

Основные требования, предъявляемые к кинескопам, – достаточная яркость, контрастность изображения, высокая разрешающая способность, позволяющая раз­личать мелкие детали изображения.

В современных кинескопах используется, как правило, электростатическая фокусировка, так как магнитная фокусирующая система увеличивает габариты и массу и требует источника питания значительной мощности. Для уменьшения длины трубки в кинескопах применяется магнитная отклоняющая система. Эта система обеспечива­ет также минимальные искажения изображения при большом размере экрана.

Электронный прожектор в кинескопах формирует электронный луч, имеющий диаметр в плоскости экрана не более 0,5 мм. Для получения изображения с требуе­мой контрастностью прожектор должен обладать крутой модуляционной характери­стикой. В настоящее время кинескопы имеют экраны с диагональю до 71 см и угол отклонения луча 110°. Особенностью многих кинескопов является наличие так на­зываемой «ионной ловушки», позволяющей устранить с экрана «ионное пятно», созданное отрицательными ионами, попадающими на экран. Ловушки работают по принципу разделения потоков электронов и ионов с помощью магнитного поля. Один из вариантов ионной ловушки представ­лен на рис. 14.12. Ось катода, модулятора и экранирующего электрода расположена под углом к оси трубки, а ось анода имеет излом. Поток отрицательных ионов (сплошные линии) и электронов (заштри­хованная область), входя в анод, попадает в поперечное магнитное поле постоян­ного магнита. Ионы, обладающие большой массой, почти не отклоняются магнит­ным полем и попадают на анод. Траектории электронов искривляются, и электроны вылетают из отверстия анода. Поле для ионной ловушки создается наружным маг­нитом, находящимся на горловине трубки.

^ Цветные кинескопы. В основе получения цветного изображения лежит возмож­ность воспроизведения любого цвета смешением в определенных соотношениях синего, зеленого и красного цветов. В цветном телевидении получили распространение кинескопы с трехрастровой системой, при которой на экране кинескопа формируются три одноцветных растра: красный, зеленый и синий. Эта система предполагает нали­чие трех электронных прожекторов и трех люминофорных групп, спектральное излу­чение которых соответствует синему, зеленому и красному цветам. Три электронных прожектора установлены так, что их электронные лучи, пересекаясь на некотором расстоянии от экрана, попадают один на красный, другой на синий, третий на зеленый люминофоры (рис. 14.13,a). В плоскости пересечения электронных лучей располагается теневая маска 2, представляющая собой металлический экран с отверстиями, через которые проходят электронные лучи 3. Теневая маска обеспечивает попадание электронных лучей только на соответствующий люминофор. На экране 1 под каждым отверстием в маске располагается «триада», состоящая из трех люминофорных эле­ментов, возбуждаемых только соответствующим электронным лучом. В зависимости от соотношения между токами лучей, определяемых напряжениями на модуляторах прожекторов, получается свечение определенного цвета. Правильное воспроизведе­ние цветов возможно лишь при сведении лучей в одно отверстие маски. Это достига­ется использованием сложной системы сведения лучей, что является серьезным не­достатком. Этот недостаток устранен в кинескопе с щелевой маской (рис. 14.13,б). Электронные прожекторы, создающие лучи 3, располагаются в горловине кинескопа в одной горизонтальной плоскости, перпендикулярной плоскости маски 2 с верти­кальными щелями. Экран имеет линейчатую структуру, состоящую из сплошных вертикальных люминофорных полос зеленого, красного и синего цветов свечения, сгруп­пированных в триады.

^ Радиолокационные труб­ки. С помощью этих трубок мож­но получать на экране изобра­жение импульса радиосигнала, отраженного от исследуемого объекта. В такой трубке одно­временно с радиальной развер­ткой луч отклоняется в азиму­тальном направлении. Для по­лучения такой развертки ис­пользуют магнитную отклоняю­щую систему, состоящую из пары катушек, вращающихся на горловине трубки. В трубке создается переменное магнитное поле, отклоняющее луч на экране по радиусу к периферии. При медленном вращении катушек луч прочерчива­ла экране смещающуюся по азимуту радиальную линию. В исходном состоянии на модулятор подано отрицательное напряжение и трубка открывается отраженным от объекта радиоимпульсом. В результате на экране появится светящееся пятно, удале­ние которого от центра экрана определяет расстояние до объекта, а смещение по азимуту от фиксированного значения соответствует азимуту объекта.

^ Запоминающие трубки (потенциалоскопы). Потенциалоскопами называют­ся электронно-лучевые приборы, предназначенные для накопления (запоминания, записи) определенной информации и последующего ее воспроизведения.

В основе действия большинства потенциалоскопов лежит двойное преобразо­вание информации: а) преобразование последовательности входных сигналов ин­формации в распределение электрических зарядов на поверхности диэлектричес­кой мишени (потенциалоносителе), т.е. создание на поверхности мишени опреде­ленного потенциального рельефа; б) преобразование потенциального рельефа на мишени в последовательность выходных сигналов, воспроизводящих входную ин­формацию. Первое преобразование называется записью информации, а второе – считыванием или воспроизведением информации. В некоторых типах потенциало­скопов имеется вспомогательная операция – стирание для уничтожения потенци­ального барьера перед записью новой информации.

Информация вводится в потенциалоскоп в виде последовательности электри­ческих импульсов или путем переноса на фоточувствительную мишень оптического изображения. Считываемая информация выводится из потенциалоскопа в виде по­следовательности электрических импульсов или иногда преобразуется в видимое изображение, рассматриваемое на экране. Основными элементами потенциалоско­па являются мишень, на поверхности которой создается потенциальный рельеф, электронные прожекторы для получения записывающего и считывающего элект­ронных лучей и отклоняющие системы. В отдельных случаях для создания записы­вающего и считывающего луча используется один прожектор.

В большинстве потенциалоскопов запись и считывание осуществляются электронным лучом, развертываемым по поверхности мишени. Для создания потенциального рельефа обычно используется вторичная электронная эмиссия, которая рассматривалась в § 14.1.7. Однако в потенциалоскопе надо заменить потенциал экрана на потенциал мишени-потенциалоносителя . Из рис. 14.9,б видно, что только в области << равновесный потенциал мишени зависит от (почти равен ). В областях < и > равновесный потенциал ми­шени не зависит от ускоряющего напряжения, устанавливаясь на уровнях = 0 и = соответственно.

При подготовке мишени к записи ее потенциал доводится до одного из возмож­ных для данной энергии первичных электронов равновесных значений. Эта предва­рительная операция проводится при отсутствии входных сигналов.

Существует много типов потенциалоскопов. Имеются потенциалоскопы, преобразующие электрический сигнал в видимое изображение. Однако в отли­чие от обычных осциллографических трубок и кинескопов они позволяют дли­тельное время хранить записанную информацию перед тем, как представить ее в виде изображения на экране.

В настоящее время широко применяются потенциалоскопы со знаковой ин­дикацией. Примером знакопечатающего потенциалоскопа может служить так называемый тайпотрон (рис. 14.14).

Электронный пучок создается прожектором 1. Перпендикулярно направле­нию пучка расположена матрица 3 с отверстиями по форме используемых знаков. Выбор необходимого знака обеспечивается отклоняющими пластинами 2. После прохождения отверстия в матрице электронный пучок имеет сечение в форме соответствующего знака. Далее пучок проходит через фокусирующую ка­тушку 4 и компенсирующие пластины 5, которые направляют пучок по оси трубки. Адресная магнитная система б направляет идущий по оси луч в любую точку диэ­лектрической мишени 7, нанесенной на металлическую сетку 8. Этот элемент на­зывают сеткой-мишенью. При падении луча на сетку-мишень на диэлектрике соз­дается потенциальный рельеф по форме выбранного знака. Энергия электронов записывающего луча должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить коэффициент вторичной эмиссии > 1. При этом на диэлектрической мишени создает­ся потенциальный рельеф за счет ухода вторичных электронов. Для считывания знака (получения видимого изображения на экране 9) используется второй (счи­тывающий) прожектор, укрепляемый, например, на одной из пластин адресной системы, если в качестве ее используется электростатическая система отклоне­ния. На рис. 14.14 считывающий прожектор не показан. Этот прожектор создает несфокусированный поток медленных электронов, равномерно покрывающий всю поверхность мишени. В тех местах мишени, где записаны знаки, т.е. имеемся более высокий потенциал, медленные электроны считывающего пучка оказыва­ются в ускоряющем поле и проходят через отверстия мишени и, ускорившись по­лем за мишенью, бомбардируют люминесцентный экран 9, вызывая его свече­ние. В местах, где не записаны знаки, потенциал мишени ниже, поэтому электро­ны считывающего пучка на экран не попадают.

Существуют другие способы формирования профилированного луча, позво­ляющие исключить компенсирующую систему и упростить преобразование. На­пример, записанная на сетчатой мишени система знаков может быть воспроизве­дена на люминесцентном экране сфокусированным лучом медленных электро­нов, разворачиваемым в растр. В этом случае для считывания можно использо­вать один записывающий луч, но при этом необходимо потенциал мишени сни­жать до потенциала катода прожектора.

  1   2   3



Скачать файл (3670.4 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru