10908

Устройства отображения информации

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В электронно-лучевых приборах создается тонкий пучок электронов (луч), который управляется электрическим или магнитным полем либо обоими полями. К этим приборам относятся электронно-лучевые трубки индикаторных устройств радиолокаторов, для осциллографии, приема телевизионных изображений (кинескопы),

Русский

2014-10-10

170.7 KB

13 чел.

5 Устройства отображения информации

5.1 Устройства отображения информации на электронно-лучевых трубках

5.1.1 Общие сведения

В электронно-лучевых приборах создается тонкий пучок электронов (луч), который управляется электрическим или магнитным полем либо обоими полями. К этим приборам относятся электронно-лучевые трубки индикаторных устройств радиолокаторов, для осциллографии, приема телевизионных изображений (кинескопы), передачи телевизионных изображений, а также запоминающие трубки, электронно-лучевые переключатели, электронные микроскопы, электронные преобразователи изображений и др. Большинство электронно-лучевых приборов служит для получения видимых изображений на люминесцентном экране; их называют электронно-графическими. В этой главе рассматриваются наиболее распространенные осциллографические и приемные телевизионные трубки, к которым также близки индикаторные трубки радиолокационных и гидроакустических станций.

Трубки могут быть с фокусировкой электронного луча электрическим или магнитным полем и с электрическим или магнитным отклонением луча. В зависимости от цвета изображения  на люминесцентном экране бывают трубки с зеленым, оранжевым или желто-оранжевым свечением – для визуального наблюдения, синим – для фотографирования осциллограмм, белым или трехцветным – для приема телевизионных изображений. Кроме того, трубки изготавливаются с различной длительностью свечения экрана после прекращения ударов электронов (так называемым послесвечением). Трубки различаются также по размерам экрана, материалу баллона (стеклянные и металлостеклянные) и другим признакам.

5.1.2 Электростатические электронно-лучевые трубки

Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением, т.е. с фокусировкой и отклонением луча электрическим полем, называемые для краткости электростатическими трубками, особенно широко применяют  в осциллографах.

На рисунке 20.1 показаны принцип устройства электростатической трубки простейшего типа и ее изображение на схемах. Баллон трубки имеет цилиндрическую форму с расширением в виде конуса или в виде цилиндра большего диаметра. На внутреннюю поверхность основания расширенной части нанесен люминесцентный экран ЛЭ – слой веществ, способных излучать свет под ударами электронов. Внутри трубки расположены электроды, имеющие выводы, как правило, на штырьки цоколя (для упрощения на рисунке выводы проходят непосредственно через стекло баллона).

Катод К обычно бывает оксидный косвенного накала в виде цилиндра с подогревателем. Вывод катода иногда совмещен с одним выводом подогревателя. Оксидный слой нанесен на донышко катода. Вокруг катода располагается управляющий электрод, называемый модулятором (М), цилиндрической формы с отверстием в донышке. Этот электрод служит для управления плотностью электронного потока и для предварительной фокусировки его. На модулятор подается отрицательное напряжение (обычно десятки вольт). С увеличением этого напряжения все больше электронов возвращается на катод. При некотором отрицательном напряжении модулятора трубка запирается.

Рисунок 20.1 – Принцип устройства (а) и условное графическое обозначение (б) электростатической электронно-лучевой трубки

Следующие электроды, также цилиндрической формы, являются анодами. В простейшем случае их два. На втором   аноде   А2   напряжение   бывает   от 500 В до нескольких киловольт (иногда 10 – 20 кВ), а    на   первом    аноде    А1 напряжение   в несколько раз меньше. Внутри анодов перегородки с отверстиями (диафрагмы). Под действием ускоряющего поля анодов электроны приобретают значительную скорость. Окончательная фокусировка электронного потока осуществляется с помощью неоднородного электрического поля в пространстве между анодами, а также благодаря диафрагмам. Более сложные фокусирующие системы содержат большее число цилиндров.

Система, состоящая из  катода,  модулятора и анодов, называется электронным прожектором (электронной пушкой) и служит для создания электронного луча, т. е. тонкого потока электронов, летящих с большой скоростью от второго анода к люминесцентному экрану. На пути электронного луча поставлены под прямым углом друг к другу две пары отклоняющих пластин Пх и Пу.

Напряжение, подведенное к ним, создает электрическое поле, отклоняющее электронный луч в сторону положительно заряженной пластины. Поле пластин является для электронов поперечным.
В таком поле электроны движутся по параболическим траекториям, а, выйдя из него, далее движутся по инерции прямолинейно, т. е. электронный луч
получает угловое отклонение. Чем больше напряжение на пластинах, тем сильнее отклоняется луч и тем больше смещается на люминесцентном экране светящееся, так называемое
электронное пятно, возникающее от ударов электронов.

Пластины Пу отклоняют луч по вертикали и называются пластинами вертикального отклонения (пластинами «игрек»), а пластины Пх  пластинами горизонтального отклонения (пластинами «икс»). Одна пластина каждой пары иногда соединяется с корпусом аппаратуры (шасси), т.е. имеет нулевой потенциал. Такое включение пластин называется несимметричным. Для того чтобы между вторым анодом и корпусом не создавалось электрическое поле, влияющее на полет электронов, второй анод; обычно также бывает соединен с корпусом. Тогда при отсутствии напряжения на отклоняющих пластинах между ними и вторым анодом не будет никакого поля, действующего на электронный луч.

Поскольку второй анод соединен с корпусом, то катод, имеющий высокий отрицательный потенциал, равный напряжению второго анода, должен быть хорошо изолирован от корпуса. При включенном питании прикосновение к проводам катода, модулятора и цепи накала опасно. Так как на электронный луч могут влиять посторонние электрические   и   магнитные   поля,   то   трубку часто помещают в экранирующий чехол из мягкой стали.

Свечение   люминесцентного   экрана объясняется возбуждением атомов вещества экрана. Электроны, ударяя в экран, передают свою энергию атомам экрана, в которых один из электронов переходит на  более  удаленную   от   ядра   орбиту. При возвращении электрона обратно, на свою орбиту, выделяется квант лучистой энергии (фотон) и наблюдается свечение. Это явление называется катодалюминесценцией,   а   вещества,   светящиеся   под ударами электронов, называются катодолюминофорами   или   просто   люминофорами.

Электроны,  попадающие  на   экран, могут   зарядить   его отрицательно   и создать тормозящее поле, уменьшающее их    скорость.    От    этого уменьшится яркость свечения экрана и может вообще прекратиться попадание электронов  на экран.   Поэтому   необходимо   снимать отрицательный заряд с экрана. Для этого на   внутреннею   поверхность   баллона наносится проводящий слой. Он обычно бывает графитовым и называется аквадагом. Аквадаг соединяется со вторым анодом.  Вторичные   электроны,   выбиваемые  из  экрана  ударами   первичных электронов, летят к проводящему слою. После ухода вторичных электронов потенциал   экрана   обычно   близок   к   потенциалу проводящего слоя. В некоторых трубках имеется вывод от проводящего слоя (ПС на рисунке), который можно использовать в качестве дополнительного анода с более высоким напряжением. При этом электроны дополнительно ускоряются после отклонения в системе отклоняющих пластин (так называемое послеускорение).

Проводящий слой исключает также образование на стенках баллона отрицательных зарядов от попадающих тужа электронов. Эти заряды могут создавать дополнительные поля, нарушающие нормальную работу трубки. Если в трубке проводящего слоя нет, то вторичные электроны уходят с экрана на отклоняющие пластины и второй анод.

Все электроды трубки обычно монтируют с помощью металлических держателей и изоляторов на стеклянной ножке трубки.

Цепи питания. Цепи питания электростатической трубки показаны на рисунке 20.2. Постоянные напряжения подаются на электроды от двух выпрямителей Е1 и Е2. Первый должен давать высокое напряжение (сотни и тысячи вольт) при токе в единицы миллиампер, источник Е2 – напряжение, в несколько раз меньшее. От этого же источника питаются и другие каскады, работающие совместно с трубкой. Поэтому он рассчитан на ток в десятки миллиампер.

Питание электронного прожектора осуществляется через делитель, состоящий из резисторов R1, R2, R3 и R4. Их сопротивление обычно большое (сотни килоом), чтобы делитель потреблял, небольшой ток. Сама трубка также потребляет малый ток: в большинстве случаев десятки или сотни микроампер.

Рисунок 20.2 – Питание электростатической трубки от двух источников

Переменный резистор R1 является регулятором яркости. Он регулирует отрицательное напряжение модулятора, которое снимается с правого участка R1. Увеличение этого напряжения по абсолютному значению уменьшает число электронов в луче и, следовательно, яркость свечения.

Для регулирования фокусировки луча служит переменный резистор R3, с помощью которого изменяют напряжение первого анода. При этом изменяется разность потенциалов, а следовательно, и напряженность поля между анодами. Если, например, понижать потенциал первого анода, то разность потенциалов между анодами возрастет, поле станет сильнее и его фокусирующее действие увеличится. Поскольку напряжение первого анода Uа1 не следует уменьшать до нуля или увеличивать до напряжения второго анода Uа2, в делитель введены резисторы R2 и R4.

Напряжение второго анода Ua2 лишь немного меньше, чем напряжение Е1 (разница – падение напряжения на резисторе R1). Следует помнить, что скорость электронов, вылетающих из прожектора, зависит только от напряжения второго анода, но не от напряжения модулятора и первого анода. Некоторое число электронов попадает на аноды, особенно если аноды с диафрагмами. Поэтому в цепях анодов протекают токи в доли миллиампера и замыкаются через источник Е1. Например, электроны тока первого анода движутся в направлении от катода к аноду, затем через правый участок резистора R3 и через резистор R4 к плюсу источника Е1, далее внутри него и через резистор R1 к катоду. Для начальной установки светящегося пятна на экране служат переменные резисторы R5 и R6, подключенные к источнику. Е2. Движки этих резисторов через резисторы R7 и R8 с большим сопротивлением подключены к отклоняющим пластинам. Кроме того, с помощью резисторов R9 и R10, имеющих одинаковое сопротивление, устанавливается точка нулевого потенциала, соединенная с корпусом. У резисторов R5 и R6 на концах получаются потенциалы +0,5Е2 и –0,5Е2, а их средние точки имеют нулевой потенциал. Когда движки резисторов R5, R6, находятся в среднем положении, то на отклоняющих пластинах напряжение равно нулю. Смещая движки от среднего положения, можно подавать на пластины различные напряжения, отклоняющие электронный луч по вертикали или горизонтали и устанавливающие светящееся пятно в любой точке экрана.

На отклоняющие пластины через разделительные конденсаторы С1 и С2 подается также переменное напряжение, например исследуемое напряжение при использовании трубки для осциллографии. Без конденсаторов отклоняющие пластины шунтировались бы по постоянному напряжению внутренним сопротивлением источника переменного напряжения. При малом внутреннем сопротивлении постоянное напряжение на отклоняющих пластинах резко уменьшилось бы. С другой стороны, источник переменного напряжения иногда дает и постоянное напряжение, которое нежелательно подавать на отклоняющие пластины. Во многих случаях недопустимо также, чтобы в источник переменного напряжения попадало постоянное напряжение, имеющееся в цепях отклоняющих пластин.

Резисторы R7 и R8 включают для того, чтобы увеличить входное сопротивление отклоняющей системы для источников переменного напряжения. Без таких резисторов эти источники были бы нагружены на значительно меньшее сопротивление, создаваемое только резисторами R5, R6 и резисторами R9, R10. При этом резисторы R7 и R8 не понижают постоянное напряжение, подаваемое на отклоняющие пластины, так как через них не протекают постоянные токи.

Полезным током является ток электронного луча. Электроны этого тока движутся от катода к люминесцентному экрану и выбивают из последнего вторичные электроны, которые летят на проводящий слой и далее движутся в направлении к плюсу источника Е1, затем через его внутренне сопротивление и резистор R1 к катоду.

Питание электродов трубки может быть выполнено и по другим вариантам, например от одного источника высокого напряжения.

Электронные прожекторы. Электронный прожектор представляет собой электронно-оптическую систему, состоящую из нескольких электростатических электронных линз. Каждая линза образована неоднородным электрическим полем, которое вызывает искривление траекторий электронов (напоминающее преломление световых лучей в оптических линзах), а также ускоряет или тормозит электроны.

Простейший прожектор содержит две линзы. Первая линза, или линза предварительной фокусировки, образована катодом, модулятором и первым анодом. На рисунке 20.3 изображено поле в этой части прожектора. Эквипотенциальные поверхности показаны сплошными линиями, а силовые линии – штрихами. Как видно, часть силовых линий от первого анода идет к объемному заряду около катода, а остальные к модулятору, который имеет более низкий отрицательный потенциал, нежели катод. Линия ББ' условно делит поле на две части. Левая часть поля фокусирует поток электронов и придает им скорость. Правая часть поля дополнительно ускоряет электроны и несколько рассеивает их. Но рассеивающее действие слабее фокусирующего, так как в правой части поля электроны движутся с большей скоростью.

Рисунок 20.3 – Первая линза электронного прожектора

Рисунок 20.4 – Траектории электронов в первой линзе электронного прожектора

Рассматриваемое поле аналогично системе двух линз – собирающей и рассеивающей. Собирающая линза сильнее рассеивающей, и в целом система является фокусирующей. Однако движение электронных потоков происходит по иным законам, нежели преломление световых лучей в линзах.

На рисунке 20.4 показаны траектории электронов для крайних электронных пучков, выходящих из катода. Электроны движутся по криволинейным траекториям. Их потоки фокусируются и пересекаются в небольшой области, которая называется первым пересечением или скрещением и в большинстве случаев находится между модулятором и первым анодом.

Первая линза короткофокусная, так как скорость электронов в ней сравнительно невелика, и их траектории искривляются достаточно сильно.

С увеличением отрицательного напряжения модулятора по абсолютному значению повышается потенциальный барьер около катода и все меньшее число электронов способно его преодолеть. Уменьшается катодный ток, а следовательно, ток электронного луча и яркость свечения экрана. Потенциальный барьер повышается в меньшей степени у центральной части катода, так как здесь сильнее влияет ускоряющее поле, проникающее от первого анода через отверстие модулятора. При некотором отрицательном напряжении модулятора потенциальный барьер у краев катода повышается настолько, что электроны уже не могут его преодолеть. Рабочей остается только центральная часть катода. Дальнейшее увеличение отрицательного напряжения уменьшает площадь рабочей части катода и в конце концов сводит ее к нулю, т. е. трубка запирается. Таким образом, регулирование яркости связано с изменением площади рабочей поверхности катода.

Рассмотрим фокусировку электронного луча во второй линзе, т. е. в системе двух анодов (рисунок 20.5, а). Линия ББ' делит поле между анодами на две части. В левую часть поля поступает расходящийся электронный поток, который фокусируется, а в правой части поля происходит рассеивание потока. Рассеивающее действие слабее фокусирующего, так как скорость электронов в правой части поля выше, чем в левой. Все поле подобно оптической системе, состоящей из собирающей и рассеивающей линз (рисунок 20.5, б). Поскольку скорости электронов в поле между анодами высокие, то система оказывается длиннофокусной. Это и требуется, так как необходимо сфокусировать электронный пучок на экран, находящийся довольно далеко.

При повышении разности потенциалов между анодами (уменьшении напряжения первого анода) напряженность поля увеличивается и фокусирующее действие усиливается. Принципиально можно регулировать фокусировку изменением напряжения второго анода, но это неудобно, так как будет изменяться скорость электронов, вылетающих из прожектора, что приведет к изменению яркости свечения на экране и повлияет на отклонение луча отклоняющими пластинами.

Недостаток описанного прожектора – взаимное влияние регулирования яркости и фокусировки. Изменение потенциала первого анода влияет на яркость, так как этот анод своим полем воздействует на потенциальный барьер около катода. А изменение напряжения модулятора сдвигает вдоль оси трубки область первого пересечения электронных траекторий, что нарушает фокусировку. Кроме того, регулирование яркости изменяет ток первого анода, а так как в его цепь включены резисторы с большими сопротивлениями, то меняется напряжение на нем, что приводит к расфокусировке. Изменение тока второго анода не влияет на фокусировку, так как в цепь этого анода не включены резисторы и, следовательно, напряжение на нем не может изменяться.

Рисунок 20.5 – Вторая фокусирующая линза электронного прожектора

В настоящее время применяют прожекторы, в которых между модулятором и первым анодом поставлен дополнительный, ускоряющий (экранирующий) электрод (рисунок 20.6). Он соединен со вторым анодом, и напряжение на нем постоянно. Благодаря экранирующему действию этого электрода изменение потенциала первого анода при регулировании фокусировки практически не изменяет поле у катода.

Фокусирующая система, состоящая из ускоряющего электрода и двух анодов, работает следующим образом. Поле между первым и вторым анодом такое же, как показано на рисунок 20.5, а. Оно осуществляет фокусировку так, как было объяснено ранее. Между ускоряющим электродом и первым анодом имеется неоднородное поле, подобное полю между анодами, но не ускоряющее, а тормозящее. Электроны, влетающие в это поле расходящимся потоком, в левой половине поля рассеиваются, а в правой – фокусируются. При этом фокусирующее действие сильнее рассеивающего, так как в правой половине поля скорость   электронов   меньше.  Таким образом, на участке между ускоряющим электродом   и   первым   анодом   также происходит    фокусировка.    Чем    ниже напряжение  первого  анода,  тем  выше напряженность поля и сильнее фокусивровка.

Рисунок 20.6 – Электронный прожектор с ускоряющим (экранирующим) электродом

Чтобы регулирование яркости меньше влияло на фокусировку, первый анод делают без диафрагм (рисунок 20.6). На него электроны не попадают, т. е. ток первого анода равен нулю. Современные электронные прожекторы дают на экране светящееся пятно с диаметром, не превышающим 0,002 диаметра экрана.

(20.1)

Электростатическое отклонение луча. Отклонение электронного луча и светящегося   пятна   на   экране   пропорционально   напряжению   на   отклоняющих пластинах.     Коэффициент    пропорциональности в этой зависимости называется   чувствительностью   трубки.   Если обозначить отклонение пятна по вертикали через у, а напряжение на пластинах «игрек» через Uy, то

y = Sy Uy 

где Syчувствительность   трубки   для пластин «игрек».

(20.2)

Подобно этому отклонение пятна по горизонтали

х = SхUх

(20.3)

Таким образом, чувствительность электростатической трубки есть отношение  отклонения  светящегося  пятна  на экране к соответствующему отклоняющему напряжению:

Sх = х/Uх и Sу = у/Uу

Другими словами, чувствительность есть отклонение светящегося пятна, приходящееся на 1 В отклоняющего напряжения. Выражают чувствительность в миллиметрах на вольт. Иногда под чувствительностью понимают величину, обратную Sx или Sy, и выражают в вольтах на миллиметр.

(20.4)

Формулы (20.3)   не   означают,   что чувствительность   обратно   пропорциональна отклоняющему напряжению. Если увеличить в несколько раз Uу, то во столько же раз возрастает у, а значение Sy останется без изменения. Следовательно, Sy не зависит от Uу. Чувствительность бывает в пределах 0,1 – 1,0 мм/В. Она зависит от режима работы и некоторых геометрических размеров трубки (рисунок 20.7):

S = lплl /(2dUа2)

где lпл – длина отклоняющих пластин;

     l – расстояние от середины пластин до экрана;

    d – расстояние между пластинами;

    Uа2 – напряжение второго анода.

Эту формулу нетрудно объяснить. С увеличением lпл электрон дольше летит в отклоняющем поле и получает большее отклонение. При одном и том же угловом отклонении смещение светящегося пятна на экране возрастает с увеличением расстояния l. Если увеличить d, то напряженность поля межу пластинами, а следовательно, отклонение уменьшится.Повышение напряжения Uа2 приводит к уменьшению отклонения, поскольку возрастает скорость, с которой электроны пролетают поле между пластинами.

Рассмотрим возможность повышения чувствительности исходя из формулы (20.4). Увеличение расстояния l нежелательно, так как чрезмерно длинная трубка неудобна в эксплуатации. Если увеличить lпл или уменьшить d, то нельзя получить значительного отклонения луча, так как он будет попадать на пластины. Чтобы этого не произошло, пластины изгибают и располагают относительно друг друга так, как показано на рисунке. 20.8. Можно увеличить чувствительность, понижая напряжение Uа2. Но это связано с уменьшением яркости свечения, что во многих случаях недопустимо, особенно при большой скорости движения луча по экрану. Понижение анодного напряжения ухудшает также фокусировку. При более высоком напряжении Uа2 электроны движутся с большими скоростями, меньше сказывается взаимное отталкивание электронов. Их траектории в электронном прожекторе располагаются под малым углом к Оси трубки. Такие траектории называются параксиальными. Они обеспечивают лучшую фокусировку и меньшие искажения изображения на экране.

Рисунок 20.7 – Электростатическое отклонение луча

Уменьшение яркости свечения при понижении анодного напряжения Uа2 компенсируется в трубках с послеускорением. В этих трубках электронный прожектор сообщает электронам энергию не более 1,5 кэВ. С такой энергией они пролетают между отклоняющими пластинами, а затем попадают в ускоряющее поле, созданное третьим анодом. Последний представляет собой проводящий слой перед экраном, отделенный от остального слоя, соединенного со вторым анодом (рисунок 20.9, а). При этом Uа3 > Uа2. Поле между этими двумя слоями образует линзу, которая ускоряет электроны. Но вместе с тем происходит некоторое искривление траекторий электронов. Вследствие этого чувствительность снижается и возникают искажения в изображении. Эти недостатки в значительной степени устраняются при многократном послеускорении, когда имеется несколько проводящих колец с постепенно возрастающим напряжением: (Uа4> Uа3 > Uа2 > Uа1 (рисунок 20.9, б).

Чтобы уменьшить паразитные емкости между пластинами Пх и Пу, выводы от них иногда делают непосредственно через стекло баллона и между парами пластин ставят экран. Из тех же соображений не размещают обе пары пластин в одном месте трубки. За счет неодинакового расстояния пластин Пх и Пу до экрана чувствительность по осям х и у несколько различна.

Рисунок 20.8 – Отклоняющие пластины

Рисунок 20.9 – Дополнительные аноды для послеускорения

Если отклоняющее напряжение изменяется с очень высокой частотой, то в изображении возникают искажения, так как время пролета электронов в поле отклоняющих пластин становится соизмеримым с периодом колебаний отклоняющего напряжения. За это время напряжение на пластинах заметно изменяется (даже может изменить свой знак). Для уменьшения таких искажений отклоняющие пластины делают короткими и применяют более высокие ускоряющие напряжения. С повышением частоты, кроме того, все больше сказывается влияние собственной емкости отклоняющих пластин.

В настоящее время для осциллографии на СВЧ применяют специальные трубки с более сложными отклоняющими системами.

Измерение и наблюдение переменных напряжений. Если к отклоняющим пластинам «игрек» подведено переменное напряжение, то электронный луч совершает колебания и на экране видна вертикальная светящаяся черточка (рисунок 20.10, а). Ее длина пропорциональна двойной амплитуде подведенного напряжения 2Um. Зная чувствительность трубки и измерив у, можно определить Um по формуле

(20.5)

Um = у/(2Sу)

Например, если Sy = 0,4 мм/В, а у = 20 мм, то Um = 20/(20,4) = 25 В.

Если чувствительность трубки неизвестна, ее определяют. Для этого нужно   подвести   к   пластинам   известное переменное напряжение и измерить дли ну   светящейся   черточки.   Напряжение можно   подвести   от   сети   и   измерить вольтметром.    Следует   помнить,    что вольтметр покажет действующее значение напряжения, которое надо пересчитать в амплитуду, умножив на 1,4.

Как видно,  ЭЛТ  можно   использовать   в   качестве   амплитудного   вольтметра. Достоинство такого измерительного устройства – большое входное сопротивление и возможность измерений на весьма высоких частотах.

Рисунок 20.10 – Измерение переменного напряжения с помощью ЭЛТ

(20.6)

Описанный  метод  позволяет  измерять  пиковые  значения  несинусоидальных   напряжений,   а   также   амплитуды положительной и отрицательной полуволн переменного напряжения. Для этого запоминают положение светящегося пятна при отсутствии измеряемого напряжения, затем его подают и измеряют расстояния у1 и у2  от начального положения   пятна  до  концов  светящейся черточки (рисунок 20.10,б). Амплитуды полуволн при этом

Um1 = у1/Sу и Um2 = у2/Sу

Для наблюдения переменных напряжений к пластинам Пу подводят исследуемое напряжение, а к пластинам Пх напряжение развертки Uразв, имеющее пилообразную форму (рисунок 20.11) и получаемое от специального генератора. Это напряжение осуществляет временную развертку. В течение времени t1 когда напряжение растет, электронный луч равномерно движется по горизонтали в одном направлении, например слева направо, т. е. делает прямой, или рабочий, ход. При резком уменьшении напряжения в течение времени t2 луч делает быстрый обратный ход. Все это повторяется с частотой напряжения развертки.

Когда исследуемое напряжение отсутствует, на экране видна горизонтальная светящаяся черточка, играющая роль оси времени.

Если подать исследуемое переменное напряжение на пластины Пу, то пятно на экране одновременно будет совершать колебание по вертикали и повторяющееся равномерное движение с обратным ходом по горизонтали. В результате наблюдается светящаяся кривая исследуемого напряжения (рисунок 20.12). На рисунке показаны осциллограммы синусоидального напряжения, но можно наблюдать напряжение любой формы.

Чтобы кривая была неподвижной, период развертывающего напряжения Тразв должен быть равен периоду исследуемого напряжения Т или в целое число раз больше его:

(20.7)

Тразв = nТ

где n – целое число.

Рисунок 20.11 – Пилообразное напряжение для линейной развертки

Рисунок 20.12 – Осциллограммы синусоидального напряжения при кратном соотношении частот

(20.8)

Соответственно частота развертки fразв должна быть в целое число раз
меньше частоты исследуемого напряжения:

fразв = f/n

Тогда за время Тразв пройдет целое число колебаний исследуемого напряжения  и  в  конце  обратного  хода  пятно на экране окажется в том месте, откуда оно начало двигаться во время прямого хода.  На рисунке показаны  наблюдаемые осциллограммы при п = 1, или Тразв = Т, и п = 2, т. е.  Тразв = 2Т. Время обратного   хода   t2   желательно   иметь возможно   меньшим,   так   как   за   счет него часть  кривой  не  воспроизводится (штрихи на рисунке).  Кроме того, чем (меньше f2, тем быстрее обратный ход луча  и  тем  слабее  он   виден.   Следует установить п не менее 2, чтобы, было видно полностью хотя бы одно целое колебание. Подбор значения п производится   изменением   частоты   генератора развертки.    Если   п   не   будет    целым числом, то осциллограмма не остается неподвижной   и   вместо   одной   кривой наблюдается  несколько,   что неудобно. На рисунке 20.13 показаны осциллограммы синусоидального напряжения при п = и п =.  Для упрощения здесь принято,   что   время   обратного   хода t2 = 0. Стрелки с цифрами на рисунке указывают последовательность движения пятна на экране.

Подобранное целое число п обычно сохраняется лишь короткое время, так как генератор  развертки  имеет  нестабильную частоту, да  и  частота исследуемого напряжения также может изменяться. Для  сохранения  выбранного п в течение длительного времени применяют  синхронизацию   генератора   раз, нежели частота исследуемого.

Рисунок 20.13 – Осциллограммы синусоидального напряжения при дробном соотношении частот

Исследуемые напряжения обычно подают на отклоняющие пластины через разделительные конденсаторы (см. рисунок 20.2). Поэтому на пластины не попадает постоянная составляющая и наблюдается лишь переменная. Ось времени (нулевая ось) этой составляющей представляет собой ту горизонтальную линию, которая остается на экране, если прекратить подачу исследуемого напряжения. Для получения истинной осциллограммы напряжения, содержащего постоянную составляющую, его необходимо подавать на пластины непосредственно, а не через конденсаторы.

Если нужно наблюдать осциллограмму тока, то в его цепь включают резистор R.. Напряжение на нем, пропорциональное исследуемому току, подводят к пластинам Пу. По известной чувствительности трубки определяют это напряжение. Разделив его на сопротивление R, находят ток. Чтобы ток заметно не изменился при включении резистора R, последний должен иметь относительно малое сопротивление. Если напряжение будет недостаточным, то его придется подавать через усилитель с известным коэффициентом усиления.

Искажения изображений. В электростатических трубках искажения осциллограмм наблюдаются главным образом при несимметричном включении отклоняющих пластин, т. е. когда одна пластина каждой пары соединена со вторым анодом (см. рисунок 20.2). Пусть при таком включении на пластины Пу подано переменное напряжение с амплитудой Um. Тогда на одной пластине потенциал равен нулю относительно корпуса, а на другой пластине он меняется от + Um до -Um (рисунок 20.14, а). Соответственно меняются и потенциалы различных точек в пространстве между пластинами. При положительной полуволне напряжения электроны пролетают через точки с потенциалами более высокими, чем Uа2. За счет этого скорость их увеличивается, а чувствительность трубки уменьшается. При отрицательной полуволне электроны уменьшают скорость, так как потенциалы точек между пластинами ниже Uа2. Это приведет к увеличению чувствительности трубки. В результате отклонение y2 при положительной полуволне будет меньше, чем отклонение у2 при отрицательной полуволне. Осциллограмма синусоидального напряжения станет несинусоидальной, т. е. возникнут нелинейные искажения.

При   симметричном   включении   ни одна из  отклоняющих  пластин  не соединяется непосредственно с корпусом и   вторым   анодом,   а   точки   нулевого потенциала находятся в средней плоскости   между   пластинами   (рисунок   20.14, б). Потенциалы пластин в любой момент одинаковы по значению и противоположны  по  знаку.   На   одной   пластине потенциал принимает крайние значения ±0,5Um,   а   на   другой   соответственно 0,5Um. Оотклонение электронного  луча к любой из пластин происходит в одинаковых условиях, и поэтому yl = у2. На рисунке 20.15 показан вариант симметричного включения отклоняющих пластин. Постоянное напряжение для начальной установки пятна снимается со сдвоенного резистора R6, R'6. При одновременном перемещении их движков с помощью одной ручки потенциалы отклоняющих пластин изменяются одинаково по значению, но противоположно по знаку.

Рисунок 20.14 – Отклонение электронного луча при несимметричном (а) и симметричном (б) включении отклоняющих пластин

Симметричное   включение   пластин уменьшает и другие неприятные явления, например ухудшение фокусировки при смещении пятна к краю экрана.

Рисунок 20.15 – Симметричное включение отклоняющих пластин

Несимметричное включение пластин. более удаленных от прожектора, создает трапецеидальные искажения. Они возникают вследствие наличия поля на пути электронов от одной пары пластин к другой. Пусть, например, на ближайшие к прожектору пластины Пу, включенные любым образом, подано переменное напряжение, а на пластинах Пх, включенных несимметрично, напряжение равно нулю. Тогда на экране видна вертикальная светящаяся черточка 1 (рисунок 20.16).

Если подать на пластину Пх, соединенную с корпусом, положительный потенциал, то черточка сместится в сторону этой пластины (линия 2), но станет несколько короче. Это объясняется тем, что между положительно заряженной пластиной Пх и пластинами Пу образовалось дополнительное ускоряющее поле, которое несколько искривляет траектории электронов и уменьшает их отклонение, вызванное напряжением на пластинах Пу. При отрицательном потенциале той же пластины Пх на электроны, вылетевшие из пластин Пу, действует дополнительное тормозящее поле, которое несколько увеличит их отклонение; черточка на экране сместится влево и станет длиннее (линия 3). Рассмотренные светящиеся черточки образуют фигуру в виде трапеции, что объясняет название данных искажений. Для уменьшения искажений устанавливают экраны между пластинами Пх и Пу и придают более удаленным от прожектора пластинам специальную форму.

Рисунок 20.16 – Трапецеидальные искажения

В настоящее время применяют, как правило, симметричное включение пластин, так как оно уменьшает многие виды искажений. Несимметричное включение можно применять в том случае, когда отклонение луча будет производиться только в одну сторону.

5.1.3 Магнитные электронно-лучевые трубки

Магнитные электронно-лучевые трубки, т.е. ЭЛТ с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением луча, получили большое распространение, в частности, в качестве приемных телевизионных трубок (кинескопов) и индикаторных трубок радиолокаторов. Так как фокусирующая и отклоняющая системы
в виде катушек находятся снаружи трубок, конструкция магнитных трубок проще, нежели электростатических (рисунок 20.17). Электронный прожектор имеет катод, модулятор и анод. Иногда анодом является проводящий слой. В некоторых трубках между анодом и управляющим электродом есть еще экранирующий электрод, на который подается постоянное положительное напряжение в несколько сотен вольт. Питание прожектора осуществляется так же, как в электростатической трубке, но при этом не требуется регулировки анодного напряжения для целей фокусировки.

Расходящийся поток электронов подается из прожектора в магнитное поле фокусирующей катушки ФК, которая питается постоянным током. На рисунке она показана в разрезе. Возможна магнитная фокусировка длинной или короткой катушкой. В первом случае поток электронов проходит однородное магнитное поле внутри длинной катушки (рисунок 20.18) и электронные траектории являются винтовыми линиями. Если электроны выходят из точки Б на оси катушки, то после каждого оборота они снова пересекут ось, т. е. сфокусируются в точках Б1, Б2 и т. д. Это показывают проекции траекторий на плоскость, перпендикулярную оси катушки. Они являются окружностями, выходящими из точки Б и возвращающимися в эту же точку. (На рисунке показаны траектории только двух электронов.)

Рисунок 20.17 – Принцип устройства и условное графическое

                           обозначение магнитной электронно-лучевой трубки

Рисунок 20.18 – Фокусировка длинной катушкой

Фокусировка     длинной     катушкой встречается   в   некоторых специальных электронных приборах. В ЭЛТ применяют неоднородное магнитное поле короткой катушки – в качестве короткой магнитной линзы (рисунок 20.19). Движение электронов в таком поле сложно, и мы рассмотрим его приближенно. Разделим поле на две половины (I и II) плоскостью, проходящей через середину катушки перпендикулярно ее оси.  По обе стороны от этой плоскости магнитная индукция убывает вдоль оси катушки. Когда из точки Б в первую половину поля входит расходящийся поток электронов, то их траектории искривляются. В однородном поле траектории были бы винтовыми линиями, но в данном случае вследствие неоднородности поля они более сложны.

В первой половине поля магнитная индукция возрастает. Поэтому искривление   траекторий   усиливается   и   становится наибольшим на границе областей I и II. Далее магнитная индукция убывает и искривление траекторий ослабевает. Когда электроны выходят за пределы поля, они продолжают свой путь по инерции – по прямым линиям, которые пересекают ось трубки  в точке Б1. Как видно, электроны летят по сложным пространственным  кривым,  которые условно можно назвать винтовыми линиями с переменным радиусом. Чтобы лучше   представить   себе    траекторию электрона, на рисунке 20.19 даны проекции траектории  на  три   взаимно  перпендикулярные плоскости.  Так  как  скорость электронов   велика,  то   эти   траектории являются лишь небольшой частью одного оборота винтовой линии.

Рисунок 20.19 – Фокусировка короткой катушкой

Для усиления действия фокусирующую катушку помещают в экран, или панцирь, из мягкой стали (рисунок 20.20). Тогда магнитная индукция увеличивается.

(20.9)

Магнитодвижущая сила фокусирующей катушки, необходимая для фокусировки,   приближенно   определяется   по формуле

Fм = I  240

где dсредний диаметр катушки,  см; ;

     l – расстояние  от   катушки  до   экрана, см;   

     Uа – напряжение анода, кВ;

     – число витков катушки;

    I – ток, А.

Обычно число витков составляет несколько сотен или тысяч. Например,
при
I=0,1 A, d = 6 см, l =18 см и Uа = 3 кВ магнитодвижущая сила
Fм = 240=240 А и  = 240/0,1=2400.

При   стальном   панцире   требуется значительно меньшее число витков. Правильная фокусировка достигается регулировкой тока в  катушке с помошью  переменного резистора, Направление тока в фокусирующей катушке не играет роли.   Вместо   фокусирующей   катушки иногда применяют постоянный магнит в виде кольца с регулировкой фокусировки   передвижением   магнита   вдоль трубки  или  перемещением  магнитного шунта, ответвляющего часть магнитного потока.      

Рисунок 20.20 – Фокусирующие катушки в стальном панцире с широкой (а) и узкой (б) щелью

Для  магнитного  отклонения  электронного луча служат две  пары отклоняющих   катушек,   расположенные   по прямым    углом    друг    к    другу.    На рисунке 20.17 для упрощения показана только одна пара катушек Lх с вертикалью направленным вектором поля. Это пол отклоняет луч по горизонтали. Другая пара катушек Ly создает поле с горизонтально направленным вектором магнитной  индукции  и  отклоняет  луч   по вертикали.

Если считать приближенно, что поле каждой пары катушек внутри трубки однородно, то электроны в этом поле движутся по дуге окружности с центром в точке О, а выйдя из поля, – по прямой линии   (рисунок   20.21).   Электронный   луч получает угловое отклонение , и светящееся пятно на экране смещается на расстояние у. Чувствительностью магнитной трубки можно назвать отношение  отклонения  светящегося   пятна   на экране   к   намагничивающей   силе,   вызвавшей это отклонение:

(20.10)

Sy = y/Fy = y/(Iyy)

аналогичная формула есть и для Sх.

(20.11)

У современных трубок чувствительность не превышает десятых долей миллиметра на ампер. Она зависит от конструкции трубки и отклоняющих катушек, а также от режима трубки. Эта зависимость имеет вид

Sy = l/

где l – расстояние от оси катушки до экрана, мм, а коэффициент , характеризующий конструкцию отклоняющих катушек, обычно равен (0,1 – 0,2) В1/2 /А.

Например, если  = 0,15, l =200 мм и Uа = 2500 В, то Sy = 0,15= 0,6 мм/А.

Коэффициент  для данного типа отклоняющих катушек может быть определен на опыте. Находят Sy по формуле (20.10), а затем, зная l и Uа определяют  из формулы (20.11).

Рисунок 20.21 – Отклонение электронного луча в магнитном поле катушек

Чувствительность магнитных трубок меньше зависит от анодного напряжения (Uа под знаком корня), нежели у электростатических. Не следует сравнивать чувствительность электростатических и магнитных ЭЛТ, так как она выражается в различных единицах.

Для усиления магнитного поля применяют замкнутые сердечники из мягкой стали или других ферромагнитных материалов. На более высоких частотах сердечники обычно не применяют и делают катушки специальной формы. Они охватывают  трубку   и   создают   более однородное поле. Для уменьшения магнитного рассеяния катушки помещают в ферромагнитный экран.

В прошлом магнитная фокусировка давала лучшие результаты, нежели электростатическая. Но в современных трубках электростатическая фокусировка по качеству не уступает магнитной. Сравним обе системы.

Электростатическая        фокусировка экономична, так как не требуется мощности на создание тока в фокусирующей катушке. При магнитном же отклонении источники, питающие отклоняющие катушки, должны иметь довольно большую   мощность.   Но   зато   магнитное отклонение   позволяет   упростить   конструкцию трубки (поскольку фокусирующая катушка или фокусирующий магнит устанавливается снаружи трубки, а  не монтируется внутри в вакууме) и дает возможность  отклонять  луч   на   очень большие углы. Это приводит к значительному   уменьшению   длины   трубок даже при больших размерах экрана. При магнитном отклонении отсутствуют также рассмотренные в  § 20.2  искажения изображений. Следует, однако, отметить, что индуктивность отклоняющих  катушек увеличивает инерционность процесса   отклонения,   и   поэтому   магнитная отклоняющая система не может хорошо работать   на   очень   высоких   частотах. Кроме   того,    входное   сопротивление отклоняющих катушек мало на низких частотах,  а  на  высоких   частотах   оно снижается   из-за   влияния   собственной емкости катушек. А входное сопротивление   электростатической   отклоняющей системы   достаточно   велико   даже   на высоких частотах.

Люминисцентный экран. Для получения нужной яркости, цвета свечения и длительности послесвечения к люминофору добавляют активаторы. Ими обычно служит серебро, марганец или медь. Длительное послесвечение у радиолокационных трубок достигается применением меди в качестве активатора. Активация серебром обеспечивает в кинескопах среднее послесвечение.

Наиболее часто применяемые люминофоры имеют следующие свойства. Оксид цинка дает фиолетовое или зеленое свечение и обладает коротким послесвечением, что необходимо для осциллографии. Различные смеси сернистого цинка и сернистого кадмия дают яркое свечение любого цвета, в частности белого, с послесвечением от долей микросекунды до минут. Для визуального наблюдения служат люминофоры из искусственного или естественного (минерал виллемит) кремнекислого цинка с марганцем в качестве активатора. Они имеют цвет свечения от зеленого до желто-оранжевого и небольшое послесвечение. Сине-фиолетовое свечение с коротким послесвечением дают экраны из вольфрамово-кислого бария, кальция, магния, кадмия, цинка и стронция (вольфраматы).

Яркость свечения приблизительно пропорциональна квадрату разности
потенциалов между экраном и катодом, т. е. возрастает при увеличении скорости электронов в луче. Существует некоторая минимальная энергия электронов, необходимая для возникновения свечения. Она составляет десятки – сотни электрон-вольт. При меньших энергиях электроны не проникают в кристаллическую решетку люминофора. При энергиях электронов в несколько килоэлектрон-вольт глубина проникновения не превышает 1 мкм. Для малых токов луча яркость пропорциональна плотности тока, но с увеличением последней выше некоторого значения яркость невозрастает
(эффект насыщения).

Коэффициент    полезного    действиям люминофора,   т. е.   отношение   энергии видимого  излучения  к  общей  энергии бомбардирующих электронов, не превышает   нескольких   процентов.   Большая часть энергии луча расходуется на нагревание экрана, выбивание вторичных электронов и испускание ультрафиолетовых и рентгеновских лучей.

Люминесцентный экран характеризуется светоотдачей, т. е. силой света на 1 Вт мощности электронного луча. Светоотдача максимальна при температуре люминофора от 0 до 80 °С. С дальнейшим повышением температуры светоотдача падает; при 400 °С свечение вообще прекращается.

Нарастание свечения, или разгорание экрана, после начала его бомбардировки электронами происходит не мгновенно. После прекращения бомбардировки наблюдается постепенное затухание люминесценции, т. е. послесвечение экрана. В начале затухания резко уменьшается яркость свечения, а затем спад ее замедляется.  Временем послесвечения  экрана считают    интервал    между    моментом прекращения электронной бомбардировки и  моментом,  когда  яркость  свечения   уменьшается   до   1 %   начального значения.   Различают   очень   короткое послесвечение – меньше  10–5 с, короткое – от   10-5  до  0,01   с,  среднее – от 0,01 до 0,10 с, длительное – от 0,1  до 16 с и очень длительное — свыше 16 с.

Важную    роль    играет    вторичная электронная эмиссия люминес-центного экрана.  Коэффициент вторичной  эмиссии  σ зависит  от   энергии   первичных электронов,   которая   определяется   потенциалом экрана Uэ относительно катода и достигает максимума при энергии электронов в сотни электрон-вольт, а затем уменьшается (рисунок 20.22). Свечение  экрана   будет   постоянным,   если потенциал  экрана  не  меняется,   а  это возможно при условии, что число электронов,   поступающих   на   экран,   равно числу вторичных электронов, уходящих с экрана. Такой режим является установившимся.   Ясно,   что   люминофоры с σ < 1  непригодны для экранов. Люминофор должен иметь σ > 1.

При начальном потенциале экрана ниже U1 работа невозможна, так как при σ < 1 потенциал экрана при попадании на него электронов будет уменьшаться. Если потенциал экрана находится в пределах между U1 и U2, то σ > 1 и экран имеет в установившемся режиме потенциал на несколько вольт больше потенциала второго анода и соединенного с ним проводящего слоя. Тогда для вторичных электронов создается тормозящее поле, которое возвращает часть их на экран. Остальные электроны благодаря более высоким начальным скоростям уходят на проводящий слой. Ток вторичных электронов равен току электронного луча. Поскольку потенциалы проводящего слоя и экрана относительно катода обычно высокие, то, пренебрегая разницей между ними в несколько вольт, можно считать, что они равны.

Рисунок 20.22 – Зависимость коэффициента вторичной эмиссии люминесцентного экрана от энергии первичных электронов

Если же начальный потенциал Uэ выше, чем U2, то при попадании на экран электронов его потенциал будет понижаться и установится близким к потенциалу второго анода Uа2, так как тогда число приходящих первичных электронов равно числу уходящих вторичных. Потенциал U2 является наивысшим возможным для данного люминофора, и его называют критическим. Для разных люминофоров он неодинаков и находится в пределах 5 – 35 кВ. Роль критического потенциала весьма существенна для трубок. Чем он выше, тем больше может быть скорость электронов в луче, а значит, и яркость изображения на экране.

Очевидно, что нет никакого смысла устанавливать значение Uа2 выше критического потенциала U2, так как скорость электронов при ударе об экран определяется значением Uэ, а не Ua2. Например, если Uа2 = 10 кВ и Uэ = 6 кВ, то электроны вылетят из второго анода с энергией около 10 кэВ, но на пути в тормозящем поле от анода до экрана они потеряют 4 кэВ и будут ударять в экран с энергией 6 кэВ. Но то же было бы и при Uа2 = 6 кВ.

Под влиянием электронной бомбардировки наблюдается постепенное уменьшение светоотдачи экрана. Но после «отдыха» прежняя светоотдача восстанавливается. При длительной эксплуатации возникает необратимое снижение светоотдачи – выжигание экрана. Места экрана, которые сильнее бомбардировались электронами, темнеют и тем больше, чем больше мощность электронного луча. Увеличение плотности тока луча влияет на выжигание сильнее, нежели повышение скорости электронов. Поэтому лучше применять более высокое анодное напряжение при меньшем токе луча. Напомним, что повышение напряжения Uа2  улучшает также фокусировку.

Желательно иметь изображение с достаточной, но наименьшей яркостью. Не следует получать на экране неподвижное пятно большой яркости, так как это приводит к выжиганию экрана. Электронный луч значительной мощности может также расплавить стекло.

Люминофор разрушается от бомбардировки его отрицательными ионами, которые вместе с электронами выделяются из оксидного катода. Ионы, имея большую массу, почти не искривляют свои траектории под действием магнитных полей. Поэтому в магнитных трубках ионы летят несфокусированным потоком и бомбардируют все время одну и ту же центральную часть экрана, на которой образуется темное ионное пятно. Для его устранения применяют специальные электронные прожекторы с ионными ловушками (см. § 20.5).

В ионном пятне выжженным является поверхностный слой люминофора. Если повысить анодное напряжение, то электроны проникают глубже в люминофор и вызывают интенсивную люминесценцию. Таким путем можно полностью или частично устранить на некоторое время ионное пятно. Конечно, при этом нельзя превышать допустимое анодное напряжение. В электростатических трубках ионы фокусируются и отклоняются так же, как электроны. У таких трубок ионное пятно не наблюдается. Но с течением времени уменьшается коэффициент вторичной эмиссии экрана, а следовательно, критический потенциал и яркость свечения.

Для улучшения свойств экрана поверхность люминофора со стороны луча покрывают алюминиевой пленкой толщиной 0,1–2,0 мкм. Эта пленка соединена с проводящим слоем трубки. Металлизированные экраны имеют ряд преимуществ. Вторичная эмиссия люминофора уже не нужна. Проводимость алюминиевого слоя обеспечивает уход электронов с экрана в цепь второго анода. Поэтому критический потенциал экрана может быть много выше, чем без металлизации. Следовательно, возможны большие скорости электронов, что увеличивает яркость свечения. Увеличению яркости способствует отражение световых лучей от алюминиевой пленки. Ионы, имеющие сравнительно небольшую скорость, не пробивают алюминиевую пленку, и ионного пятна не возникает. А электроны, обладая большой скоростью, проникают сквозь металлическую пленку в люминофор, хотя и расходуют часть энергии на пробивание пленки.

Металлизированные экраны применяют в трубках, работающих с высокими анодными напряжениями. При низких анодных напряжениях применение таких экранов нецелесообразно, так как слишком большая часть энергии электронов будет теряться (расходоваться на пробивание металлической пленки).

Изображение на экране желательно иметь четким и контрастным. Однако ряд причин препятствует этому. Контрастность ухудшается из-за попадания на экран внешнего света, если изображение наблюдается не в темном помещении. Понижение контрастности и четкости создает также ореол – светлое кольцо вокруг светящегося пятна. Иногда наблюдается два кольца или больше. Происхождение ореола поясняет рисунке 20.23. От пятна основная часть световых лучей проходит сквозь стекло наружу, а лучи, идущие под значительным углом падения к внешней поверхности стекла, испытывают полное внутреннее отражение, возвращаются к люминесцентному слою и рассеиваются на нем, образуя первое кольцо ореола. Часть этих лучей может снова испытать полное внутреннее отражение и создать второе кольцо ореола и т. д.

Заметно снижается контрастность за счет отражения лучей света от стенок конической части трубки (рис. 20.24, а). Для уменьшения засветки экрана от такого отражения делают трубки специальной формы (рис. 20.24, б и в).

Рисунок 20.23 – Образование ореола вокруг электронного пятна

Рисунок 20.24 – Влияние формы баллона трубки на отражение световых лучей от его стенок

Рисунок 20.25 – Засветка сферического экрана лучами от электронного пятна

За счет кривизны экрана происходит непосредственное освещение его лучами от электронного пятна (рисунок 20.25). У плоского экрана этого недостатка нет. Но из-за большого атмосферного давления стекло экрана значительных размеров приходится делать слегка выпуклым. У алюминированного экрана подобные засветки отсутствуют, так как слой алюминия не пропускает световые лучи внутрь трубки. Слабую люминесценцию экрана могут также вызвать рассеянные электроны, возникающие за счет вторичной или электростатической эмиссии из электродов.

5.1.4 Краткие сведения о различных электронно-лучевых трубках

В электронных осциллографах используют главным образом электростатические ЭЛТ. В индикаторных устройствах радиолокационных и гидроакустических станций применяют, как правило, трубки с магнитным отклонением, а фокусировка может быть магнитной или электростатической. Индикаторные трубки обычно работают с так называемой яркостной отметкой, когда приходящие сигналы подаются на модулятор трубки и отпирают ее. Применение магнитной отклоняющей системы в таких трубках позволяет уменьшить искажения изображений и улучшить фокусировку при больших отклонениях луча. Для одновременного наблюдения двух процессов выпускают двухлучевые трубки, имеющие в баллоне две однолучевые системы.

Специальные двухцветные индикаторные ЭЛТ, называемые элмитронами, имеют экран из двух люминофоров, дающих свечение разного цвета. В зависимости от энергии электронов луча получается свечение того или иного цвета. В прошлые годы выпускались запоминающие ЭЛТ, в которых передаваемое изображение можно было не только видеть на экране, но и зафиксировать, для того чтобы повторять его. Например, в потенциалоскопе перед экраном находится мелкоструктурная сетка, называемая мишенью и покрытая пленкой высококачественного диэлектрика с коэффициентом вторичной эмиссии больше единицы. Под ударами электронов луча в разных местах этой пленки возникает положительный заряд, который зависит от интенсивности луча. На пленке получается так называемый потенциальный рельеф, в разных точках которого изменение потенциала соответствует яркости разных точек передаваемого изображения. Зафиксированное таким образом изображение может храниться длительное время. Однако в последнее время запоминающие трубки уступили место различным устройствам памяти, применяемым в микроэлектронике.

Особое место занимают ЭЛТ с темновой записью, называемые скиатронами. У них в отличие от обычных ЭЛТ под действием электронного луча вещество экрана изменяет коэффициент отражения внешнего света и получается темное изображение на светлом экране.

Кинескопы для телевизионных приемников делают, как правило, с магнитным отклонением, и они имеют магнитную или электростатическую фокусировку. Магнитное отклонение в кинескопах позволяет улучшить фокусировку и увеличить яркость изображения, так как возможно применение более высокого анодного напряжения. Некоторые кинескопы оформляют в металлостеклянном баллоне.

Во многих кинескопах устраивают ионные ловушки, не допускающие попадания отрицательных ионов на экран, и образования ионного пятна. Ловушки обычно работают по принципу разделения потоков электронов и ионов с помощью магнитного поля. Один из вариантов ионной ловушки показан на рисунке 20.26. Ось катода, модулятора и экранирующего электрода расположена под углом к оси трубки, а ось анода имеет излом. Поток отрицательных ионов (сплошные линии) и электронов (штриховые линии), входя в анод, попадает в поперечное магнитное поле постоянного магнита (заштрихованная область). Ионы, обладающие большой массой, почти не отклоняются магнитным полем и попадают на анод. А траектории электронов искривляются, и электроны вылетают из отверстия анода. Постоянный магнит ловушки устанавливается снаружи трубки. Для нормальной работы кинескопа положение магнита подбирается.

Рисунок 20.26 – Схема ионной ловушки

Современные кинескопы имеют прямоугольный экран и угол отклонения электронного луча по диагонали 110°. Эти кинескопы по сравнению с более старыми, в которых угол отклонения луча был 70°, имеют меньшую длину.

Для получения телевизионного изображения на большом внешнем экране служат проекционные кинескопы, имеющие небольшой экран с очень ярким свечением. С помощью оптической системы изображение проецируется таким кинескопом на экран размером 1–2 м2. Изображение еще большего размера можно получить с помощью квантаскопа, представляющего собой ЭЛТ, у которой вместо обычного экрана так называемая матрица полупроводниковых лазеров, возбуждаемых электронным лучом.

Широкое   применение   получили   в настоящее   время   цветные   кинескопы. Принцип  их  работы  основан  на  том, л что для получения нужного цвета свечения необходимо осуществить смешение в разном соотношении трех основных цветов: синего, зеленого и красного, так как человеческий глаз имеет светочувствительные   элементы   трех   типов, воспринимающие именно эти три цвета.

Экран цветного кинескопа содержит большое количество миниатюрных крупинок люминофоров, дающих синее, зеленое   и   красное   свечение   (например, по 500000 крупинок для каждого цвета).   На   эти   крупинки   направляются электронные   лучи   от   трех   самостоятельных электронных прожекторов. Перед экраном в так называемом масочном кинескопе расположена маска – непрозрачная   пластина   с   отверстиями, число   которых   равно   числу   люминофорных групп, т.е., например,  500000. С помощью сложной отклоняющей системы   все   три   луча   проходят   через отверстие маски и попадают каждый на крупинку   люминофора   своего   цвета. Развертывающее устройство заставляет лучи пробегать весь экран по строкам, а сигналы изображения модулируют лучи,   изменяя   их   интенсивность.   В   результате в разных местах экрана получается свечение того или иного цвета большей или меньшей яркости, создающее передаваемое изображение.

Характрон. В последние годы стали широко   применяться   так   называемые знакопечатающие   ЭЛТ,   или   ЭЛТ  со знаковой индикацией. Они используются в качестве единого оконечного индикаторного прибора для группы радиолокационных и гидроакустических станций (РЛС и ГАС), установленных, например, на морских судах. Наибольшее распространение     получил     характрон.     На рисунке 20.27 показана система, в которую входит  характрон.   Несколько   РЛС и ГАС подключены к электронно-вычислительной машине (ЭВМ), которая обрабатывает получаемые сигналы с информацией   о   тех   или   иных   объектах.   От ЭВМ сигналы поступают в специальное устройство    управления    характроном. Различные объекты, обнаруженные РЛС и   ГАС,   отображаются  на   экране  характрона  в виде небольших   табличек, называемых формулярами и состоящих из   нескольких   знаков   (буквы,   цифры и т. п.). Одновременно видны формуляры   различных   объектов,   причем   они располагаются соответственно координатам объектов и отображают их передвижение (рисунок  20.28).  Таким  образом, с помощью характрона можно наблюдать сразу всю окружающую обстановку, т.е. характрон заменяет несколько индикаторных ЭЛТ, подключавшихся в более   старых   системах   к   отдельным РЛС и ГАС. В этом заключается основное преимущество характрона.

Рисунок 20.27 – Структурная схема системы РЛС и ГАС с характроном

Рисунок 20.28 – Формуляры на экране характрона

Принцип устройства одного из характронов показан на рисунок 20.29. Электронный луч, изображенный штриховой линией, создается электронным прожектором ЭП. Две пары отклоняющих пластин, называемых выбирающими (ВП), направляют луч на матрицу М. Она представляет собой металлическую пластину с отверстиями в форме тех или иных знаков. Число отверстий может быть несколько десятков, а их размер не превышает десятых долей миллиметра и несколько меньше диаметра луча. На выбирающие пластины подаются необходимые напряжения от управляющего устройства, которым «командует» ЭВМ. После матрицы электронный луч в сечении приобретает форму соответствующего знака.

Так как, пройдя матрицу, луч отклоняется к стенке трубки, то с помощью фокусирующей катушки ФК и корректирующих пластин КП луч снова направляется вдоль оси трубки и проходит формулярные пластины ФП, служащие для небольшого отклонения луча в пределах формуляра. Конечно, напряжения на КП и ФП согласованы с напряжениями на ВП. Фокусирующая катушка имеет еще дополнительные обмотки для компенсации наклона знаков, возникающего под действием магнитного поля основной обмотки.

Для того чтобы формуляр был виден на экране именно в том месте, которое соответствует координатам данного объекта, служат адресные отклоняющие катушки АОК. Электронный прожектор работает при сравнительно невысоких напряжениях, и поэтому скорость электронов в луче не очень велика. Это позволяет отклонять луч с помощью не слишком больших напряжений и токов, что упрощает управляющее устройство. Для повышения яркости формуляров применяется послеускорение. Анод послеускорения АП сделан в виде проводящего винтового ленточного слоя с большим сопротивлением. Напряжение послеускорения постепенно возрастает от витка к витку такого анода, и это обеспечивает минимальные искажения изображения на экране. Конечно, существуют характроны и других типов, у которых вместо отклоняющих пластин применяются отклоняющие катушки и, наоборот, вместо отклоняющих катушек — отклоняющие пластины, а также имеются некоторые дополнительные детали.

Рисунок 20.29 – Принцип устройства характрона

Диаметр экрана у характронов может быть до нескольких десятков сантиметров. Размер знаков на экране 2,5 – 3,5 мм. Чтобы изображение формуляров на экране не мигало, оно повторяется 15-20 раз в секунду. Скорость работы современных характронов совместно с управляющим устройством такова, что за одну секунду могут формироваться десятки тысяч знаков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35248. Тема: Знаходження значення інтеграла по формулам НьютонаКотеса. 25 KB
  Мета: Навчитися знаходити значення інтеграла по формулам Ньютона-Котеса. Скласти програму.
35249. Знаходження інтеграла за формулами прямокутників 24 KB
  Навчитися знаходити значення інтегралу за формулами прямокутників. Скласти програму.
35251. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму 29 KB
  Тема. Обчислення інтегралу по формулі Сімпсона. Складання алгоритму. Мета. Навчитися обчислювати інтеграл по формулі Сімпсона; склаcти алгоритм.
35252. Основи конституційного права України 115.5 KB
  начно радикальніший проект Конституції України було опубліковано у вересні 1905 р. в першому числі часопису Української народної партії Самостійна Україна під назвою Основний закон Самостійної України спілки народу українського. Цей проект передбачав повну самостійність України, територія якої мала складатися з девяти земель.
35253. Знаходження власних чисел і векторів матриці по методу Крилова 81.5 KB
  Знайти одне з власних чисел і відповідний йому власний вектор матриці А по методу Крилова (використати результати лабороторної роботи № 18).
35254. Метод Ейлера вирішення задачі Коші 81 KB
  Мета. Навчитися будувати розв’язок задачі Коші по методу Ейлера. Скласти програму. Устаткування: папір формату А4, програмне забезпечення Borland С++, ПК