Электронно-лучевые вакуумные приборы

Электронно-лучевыми называют такие вакуумные приборы, в которых используют поток электронов, сконцентрированный в форме луча. Электронно-лучевой прибор, имеющий форму трубки, вытянутой в направлении луча, называют электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). ЭЛТ служат для формирования электронного луча и управления им.Классификация ЭЛТ за применением

Рис. 1. Классификация ЭЛТ за применением

Классификация. ЭЛТ классифицируют по количеству электронных лучей, способами фокусировки и отклонения, направлениям их развертки, применяется. Промышленность производит одно-, двух- и многолучевые ЭЛТ, которые имеют электростатическую или магнитную системы фокусировки и отклонения электронного луча, горизонтальную или радиальную развертку. За применением ЭЛТ можно разделить на три большие группы, каждую из которых можно делить еще на отдельные подгруппы (рис. 1): передаточные ЭЛТ, ЭЛТ для электронно-графических приборов и ЭЛТ для оптических ЗУ. Каждую из них можно делить еще на подгруппы. Воспроизводственные телевизионные ЭЛТ (кинескопы) — это не единственные представители этого класса, а лишь одна из разновидностей воспроизводственных телевизионных устройств (Рис. 2).

Разновидности воспроизводственных телевизионных устройств

Рис. 2. Разновидности воспроизводственных телевизионных устройств

То же можно сказать о передающие телевизионные ЭЛТ (датчики телевизионного сигнала), которые являются одним из трех разновидностей передающих телевизионных устройств (рис. 3).
Вакуумные кинескопы, в свою очередь, можно разделить на две большие группы (Рис. 4): монохроматические, предназначенные для черно-белого телевидения и цветные, предназначены для цветного телевидения.

Разновидности датчиков телевизионного сигнала

Рис. 3. Разновидности датчиков телевизионного сигнала

Классификация кинескопов по цвету изображения

Рис. 4. Классификация кинескопов по цвету изображения

Передающие телевизионные ЭЛТ также разделяют на несколько групп (Рис. 5). Оновными признаками деления является наличие и вид накопителя.

 Классификация передающих ЭЛТ за наличием и видом накопителяРис. 5. Классификация передающих ЭЛТ за наличием и видом накопителя

Передающие ЭЛТ с вторичным эмиссионным накопителем из-за сложности конструкции и громоздкость имеют ограниченное применение. Значительно шире используют передающие телевизионные ЭЛТ с фотопроводящим накопителем, представителем которых является видикон; с фотодиодном накопителем, к которым относятся плюмбикон и кремникон; без накопителя (ЭЛТ мгновенного действия) -дисекторы.

Условные изображения и обозначения. На схемах ЭЛТ условно изображают так, как показано на рис. 6 — 9.

ЭЛТ с электростатической фокусировкой и электростатическим отклонением электронного луча

Рис. 6. ЭЛТ с электростатической фокусировкой и электростатическим отклонением
электронного луча: 1 — баллон; 2 — нагрев катода; 3 — катод; 4 — управляющий
электрод; 5, 6 — пластины вертикального и горизонтального отклонения;
7 — экран; 8, 9 — второй и первый аноды

 ЭЛТ с электромагнитным фокусировкой и электромагнитным отклонением электронного луча

Рис. 7. ЭЛТ с электромагнитным фокусировкой и электромагнитным отклонением
электронного луча: 1 — баллон; 2 — нагрев катода; 3 — катод;
4 — управляющий электрод; 5,7 — внутреннее металлизированное покрытие;
6 — экран; 8, 9 — отклоняющие катушки; 10 — фокусировочная катушка

  Кинескоп черно-белого изображения с электростатической фокусировкой и электромагнитным отклонением электронного луча

Рис. 8. Кинескоп черно-белого изображения с электростатической фокусировкой
и электромагнитным отклонением электронного луча: 1 — баллон; 2 — нагрев
катода; 3 — катод; 4 — управляющий электрод; 5,7 — внутреннее металлизированное покрытие;
8, 9 — отклоняющие катушки; 10, 11 — второй и первый аноды

Кинескоп цветного изображения с электростатической фокусировкой и электромагнитным отклонением электронного луча

Рис. 9. Кинескоп цветного изображения с электростатической фокусировкой
и электромагнитным отклонением электронного луча: 1 — баллон; 2, 6,11 — катоды;
3, 7,12 — управляющие электроды; 4, 5, 13 — ускоряющие электроды;
14 — нагрев катодов; 10 — экран; R,G,В — электроды, которые обеспечивают красное,
зеленое и синие свечение; а -металлизированное покрытие, которое выполняет роль анода;
К — катоды; М — модуляторы; П — ускорителе; ФК — фокусировочная катушка;
ВК — отклоняющие катушки

Условные обозначения различных электронно-лучевых трубок подобные, так рассмотрим лишь условное обозначение кинескопов. Оно состоит из четырех элементов: первый — диаметр или диагональ экрана; второй — буквы ЛК — люминесцентный кинескоп; третий — порядковый номер типа трубки; четвертый — тип и характер свечения экрана. Например: 59ЛК2Б означает диаметр экрана 59 см, люминесцентный кинескоп, трубка типа 2, цвет свечения экрана белый.

Строение. ЭЛТ любого назначения имеют одну из двух систем фокусировки электронного луча — электростатическое или электромагнитное и одну из двух систем отклонение — электростатическое или электромагнитное. Основными конструктивными элементами ЭЛТ с электростатической фокусировкой и электростатическим отклонением электронного луча (рис. 6) являются: 1 — стеклянный
баллон; термокатодом 3 с косвенным нагревом 2; управляющий электрод (Модулятор) 4, который модулирует плотность электронного луча; горизонтальная и вертикальная отклоняющие пластины 5, 6; экран с катодолюминофора 7; второй анод 8, играет роль фокусировочного электрода и первый анод 9, который является ускарителем электродов. ЭЛТ с электромагнитным фокусировкой и электромагнитным отклонением электронного луча имеют те же конструктивные элементы (рис. 7), по исключением двух. Второй анод у них изменен фокусировочной катушкой 10, а отклоняющие пластины — отклоняющие катушки 8,9. Осциллографические ЭЛТ, которые предназначены для визуального наблюдения электрических процессов, изменяющихся во времени, используют электростатическую систему отклонения элетронного луча, которая потребляет меньшую мощность и имеет более высокие рабочие частоты, чем электромагнитная система отклонения луча. В радиолокационных ЭЛТ преимущественно применяют электромагнитные фокусные системы, которые обеспечивают высокое качество фокусировки, а, следовательно, высокую точность считывания координат; магнитные отклоняющие системы, позволяющие
отклонять луч на большие углы и получать изображения объекта в полярных координатах; а также экраны с длительным послесвечением, которое обеспечивает оператору необходимо время для считывания координат. В радиолокации применяют также ЭЛТ с радиальным отклонением электронного луча, которое может быть реализовано с помощью стержневого или конусообразного электродов (рис. 10, 11).

Радиолокационная ЭЛТ с радиальным отклонением электронного луча и стержневым электродом

Рис. 10. Радиолокационная ЭЛТ с радиальным отклонением электронного луча и стержневым электродом

Радиолокационная ЭЛТ с радиальным отклонением электронного луча и конусообразным электродом

Рис. 11. Радиолокационная ЭЛТ с радиальным отклонением электронного луча и конусообразным электродом

В монохромных телевизионных применяют преимущественно тетродные прожекторы с электростатической системой фокусировки (рис. 8), которые обеспечивают необходимую степень фокусировки электронного луча и удовлетворительные условия модуляции его плотности. Чтобы получить большие углы отклонения луча и уменьшить этим длину кинескопа, в телевизионных ЭЛТ используют электромагнитную отклоняющую систему. На внутреннюю поверхность расширенной части стеклянного баллона наносят металлизированное покрытие, которое выполняет роль анода. Кинескопы цветного изображения фактически содержат три монохроматические ЭЛТ, каждый из прожекторов которых «рисует» на экране своим цветом (красным, синим или зеленым). Сегодня распространен масочный кинескоп (рис. 12). В масочных телевизионных кинескопах используют пространственное смещение цветов трех люминофоров, нанесенных на экран в виде отдельных точек, которые образуют триады. Каждая триада — это один элемент расписания изображения. Экран — это мозаика, состоящая из 1500000 точек.

 строение масочного кинескопа для цветного телевидения

Рис. 12. Строение масочного кинескопа для цветного телевидения: 1 — прожекторы; 2 — магнит бокового смещения синего луча; 3 -магнит чистоты цвета 4 — устройство сведения луча; 5-маска; 6 — экран; 7 — электронные лучи

Близко от экрана (6) на пути электронов установлена маска (5) с отверстиями. Количество отверстий соответствует количеству триад, то есть реальному количеству элементов расписания. Рентгенографические трубки состоят из стеклянного баллона (рис. 13), на одном конце которого установлена электронная пушка, а на втором — анод с косым срезом. Напряжение между катодом и анодом составляет десятки киловольт. Ускоренные таким большим напряжением электроны ударяются в анод и вызывают появление рентгеновского излучения. Специфическое строение имеют передаточные телевизионные ЭЛТ. Так, например, дисекторы, которые представляют собой передаточные ЭЛТ мгновенного действия, то есть трубки без накопления заряда на элементах изображения, в отличие от других
передающих трубок, не имеют электронного прожектора (рис. 14).

строение рентгенографических ЭЛТ

Рис. 13. Строение рентгенографических ЭЛТ

Строение дисектора

Рис. 14. Строение дисектора: 1 — фотокатод; 2 — ускорительный электрод; 3 — диафрагма; 4 — динод; 5 — коллектор; 6 — отклоняющая система; 7 — фокусировочная катушка; 8 — баллон

Основными конструктивными элементами дисектора является полупрозрачный фотокатод 1; ускорительный электрод 2, диафрагма с отверстием 3, динод вторичного электронного умножителя 4; коллектор 5. Внешне ЭЛТ размещаются отклоняющая система рядовой и кадровой развертки 6; фокусировочная катушка 7. Видикон — передающая ЭЛТ с электронным прожектором и фотопроводящим накопителем в виде фотосопротивлений (рис. 15). Материалом для мишени служат: аморфный селен, стибинит, соединения свинца, селена, кадмий тому подобное. На торцевую внутреннюю поверхность баллона (3) нанесена полупрозрачная сигнальная пластина (1), покрыта слоем фотосопротивления (2) — это мишень. Перед мишенью установлена сетка (4), соединена со вторым анодом (5) и предназначена для создания однородного электрического поля в области мишени. Коммутирующий электронный луч формируется прожектором. Продольное фокусировочное магнитное поле коммутирующего электронного луча образуется длинной фокусировочной катушкой (8). Отклоняющие катушки (7) создают поперечное магнитное поле в направлении строчной и кадровой разверток. Корректирующие катушки (6) предназначены для компенсации радиальной составляющей скорости электронов. Пломбиконы — передаточные ЭЛТ с фотодиодном слоем p-i-n -структуры (рис. 16). В этой мишени на прозрачную сигнальную пластину (2), напыленную на внутреннюю поверхность стеклянного баллона 1 ЭЛТ, нанесено прозрачный слой полупроводника с проводимостью n-типа 3, затем толстый (10-15 мкм) слой i -типа 4, а поверх него — очень тонкий слой p — типа 5, который предотвращает растекание зарядов по поверхности. Слой i-типа, изготовленный из окиси свинца, имеет очень большой темновой сопротивление.Строение передающей ЭЛТ с мишенью с фотопроводящим слоем

Рис. 15. Строение передающей ЭЛТ с мишенью с фотопроводящим слоем: 1 — полупрозрачная сигнальная пластина; 2-мишень; 3 — баллон; 4 — сетка; 5-другой анод; 6 — корректирующие катушки; 7 — отклоняющие катушки; 8 — фокусировочные катушки

Cтроение фотодиодной мишени с p-i-n-структурой

Рис. 16. Cтроение фотодиодной мишени с p-i-n-структурой: 1 — баллон; 2 — прозрачная сигнальная пластина; 3 — прозрачный слой полупроводника n-типа; 4 — слой i-типа; 5 — слой р-типа

В кремниконах мишень — это упорядоченная фотодиодная матрица с нескольких тысяч кремниевых фотодиодов, изготовленных на пластине с монокристалического кремния. Твердотельные фотоэлектронные преобразователи на МОН-структурах (на ПЗС) рассмотрены в главе 3. Для цветного телевидения обычно используют передаточные ЭЛТ, состоящих из трех монохромных ЭЛТ или устройства с бегущем лучом. Тритрубчатые передаточные ЭЛТ строят по принципу формирования каждой ЭЛТ сигнала своего цвета (красного, зеленого, синего) (рис. 17). Устройства с бегущей электронным лучом состоят из источника бегущего луча и трех фотоприемников (фотоэлектронных умножителей), перед которыми установлен красный, зеленый, синий светофильтры (рис. 18).

Структурная тритрубчатой передающей ЭЛТ для цветного телевидения

Рис. 17. Структурная тритрубчатой передающей ЭЛТ для цветного телевидения

Структура передающего устройства с бегущим электронным лучом

Рис. 18. Структура передающего устройства с бегущим электронным лучом

ЭЛТ для оптических запоминающих устройств двух видов: однолучевые и двухлучевые. Однолучевые используют в потенциалоскопах, а двухлучевые — в графеконах. Один из возможных конструктивных вариантов потенциалоскопа приведены на рис. 19. Из рисунка видно, что в горловине стеклянного баллона содержится электронный прожектор (2) и отклоняющие пластины (3) (может применяться также магнитное управления луча). В широкой части стеклянного баллона размещена диэлектрическая мишень (6), снизу которой нанесена металлическая сигнальная пластина (7), перед мишенью на расстоянии 0,1 мм размещена барьерная металлическая сетка (5), за которой расположен кольцевой электрод — коллектор. Жесткие внешние выводы закреплены в пластмассовой оправке — цоколе.

Потенциалоскоп с барьерной сеткой

Рис. 19. Потенциалоскоп с барьерной сеткой: 1 — катод; 2 — электронный прожектор; 3 — отклоняющие пластины; 4 — коллектор; 5 — барьерная сеть, 6 — мишень; 7 — сигнальная пластина; 8 — электронный луч; 9 — вторичные электроны

%d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9

Рис. 20. Графекон: 1 — катод записывающего прожектора; 2 — записывающий прожектор; 3 — катод считывающего прожектора; 4 — считывающий прожектор; 5 — коллектор; 6 — мишень; 7 — сигнальная пластина; 8 — записывающее луч; 9 — считывающей луч; 10 — вторичные электроны

Если в потенциалоскопа для записи и считывания информации используют один и тот же луч, то в графекони — два разных (рис. 20). В одной горловине стеклянного баллона расположен катод записывающего прожектора (1) и сам записывающий прожектор (2), а во второй — катод считывающего прожектора (3) и считывающий прожектор (4). В широкой части стеклянного баллона содержится коллектор (5), диэлектрическая мишень (6) и сигнальная пластина (7). Графекон имеет штырьковые внешние выводы, которые закреплены в пластмассовой оправке-цоколе.

Работа. ЭЛТ с электростатическим управлением электронным лучом работает так. При нагревании катода с его поверхности эмитируются электроны. Модулятор, на который подается в отрицательный потенциал относительно катода, изменяет плотность отрицательного объемного заряда у катода и за счет этого изменяет плотность электронного потока. Первый и второй аноды, которые находятся под положительным потенциалом в сотни и тысячи вольт соответственно, фокусируют и ускоряют электроны. Рассмотренная выше система электродов образует электронный прожектор (электронную пушку).
Выйдя из электронного прожектора, сфокусированы и ускоренные электроны попадают в электрическое поле горизонтальных и вертикальных отклоняющих пластин, которое направляет их на экран — дно баллона, покрытое катодолюминофором, который под действием электронной бомбардировки светится. Яркость свечение можно изменить, регулируя напряжение на модуляторе или втором аноде.
В первом случае изменяется количество электронов в электронном лучи, а во втором — их энергия. Аналогично работают ЭЛТ с электромагнитными системами фокусировки и отклонения электронного луча.
В них электронный прожектор содержит те же элементы, что и ЭЛТ с электростатическим управлением за исключением второго анода, который заменен фокусировочной катушкой. Поэтому ЭЛТ с электромагнитным управлением имеют одну электронную линзу, образованную неоднородным электрическим полем между модулятором и первым анодом, а вторую магнитную, образованную магнитным полем фокусной катушки. За фокусировочной катушкой размещены отклоняющие катушки. Для получения на экране осциллографических ЭЛТ изображение электрического процесса в координатах «напряжение-время» в горизонтально отклоняющих пластин, которые являются близкими к экрану и менее чувствительными, подводится пилообразное напряжение развертки, а к вертикально отклоняющих — напряжение исследуемого сигнала. В таком случае на экране высвечивается форма исследуемого сигнала. Иначе работают радиолокационные ЭЛТ. Здесь необходимо на экране получить изображение импульса радиосигнала, отраженного от облучаемого объекта так, чтобы координату изображения импульса радиосигнала можно было пересчитать в координаты объекта в пространстве. Для этого до отклоняющих катушек подводится ток пилообразной формы, который создает переменное во времени магнитное поле, которое отклоняет луч от центра экрана к периферии. С помощью специального
устройства отклоняющая система, прикрепленная на горловине трубки, медленно возвращается, и луч вычерчивает на экране радиальные линии, которые медленно смещаются по азимуту. Катушка возвращается синхронно с поворотом антенны, принимающей отраженный радиосигнал. В исходном положении ЭЛТ запирает отрицательное напряжение модулятора. На момент поступления отраженного радиоимпульса производится импульс, который поступает на модулятор и открывает трубку: на экране появляется светлое пятно, расстояние которой от центра экрана пропорционально расстоянию до объекта, а угол поворота радиуса-вектора, соединяющего центр экрана с пятном, соответствует азимуту объекта. По работе передающей и приемной телевизионных ЭЛТ, то они тоже работают синхронно. Синхронность движения электронных лучей достигается ссылкой каналом связи синхронизирующих импульсов. Принцип передачи изображения на расстояние такой. На передающей станции изображение с помощью передающей ЭЛТ превращается в последовательность электрических сигналов, которыми модулируют колебания ВЧ-генератора. Модулированная электромагнитная волна переносит изображение к приемнику, в котором происходит обратное преобразование: ВЧ-модулированные колебания детектируются, а выделенный видеосигнал приемной ЭЛТ превращается в видимое изображение.
Передающие ЭЛТ для преобразования оптических сигналов в электрические могут использовать внешний или внутренний фотоэффекты. Дисекторы для этой цели используют внешний фотоэффект. Световое изображение превращается в электронное в полупрозрачном светочувствительном слое — фотокатоде 1 (рис. 14), нанесенному на внутреннюю поверхность стеклянного баллона 8. Электронное изображение переносится в плоскость диафрагмы 3 с помощью ускорения напряжения, приложенного к электроду 2 в магнитном поле фокусировочной катушки 7. В плоскости диафрагмы под действием отклоняющего поля отклоняющей системы 6 электронное изображение перемещается относительно отверстия диафрагмы. Фотоэлектроны с различных участков фотокатода поочередно переходят через отверстие диафрагмы, динод вторичного электронного умножителя 4 и попадают на коллектор 5. Вторичные электроны динод образуют ток сигнала, который протекает через сопротивление нагрузки , с которого снимается выходной сигнал.
Видикон и плюмбикон (глятиконы) работают на внутреннем фотоэффекте, при котором фотоэлектроны не выходят в вакуум, а лишь переходят в электронный газ (в зону проводимости), уменьшая сопротивление мишени . Из-за этого сопротивление, величина которого зависит от освещенности соответствующего элемента мозаичной мишени, разряжается конденсатор См, образованный сигнальной
пластиной 1, объемом соответствующего элемента мишени и ее поверхностью (Рис. 15). Время разряда определяется по формуле %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9. В результате разряда потенциал обкладок конденсаторов, обращенных к электронного луча, растет, приближаясь к потенциалу сигнальной пластины 1. На неосвещенных участках мишени он остается близким к нулю. Итак, на поверхности мишени со стороны электронного луча образуется потенциальный рельеф — распределение потенциалов, который соответствует распределению освещенности на поверхности мишени. Электрический сигнал образуется в результате последовательного прохождения участков поверхности мишени электронным лучом, который выравнивает потенциальный рельеф. На освещенных участках мишени, которые имеют больший положительный потенциал, оседает больше электронов. Выравнивание потенциального рельефа приводит к частичному разрядки засвеченных конденсаторов. Поэтому источником питания они срочно начинают дозаряджаться. Ток дозаряда протекает через сопротивление нагрузки , с которого снимается выходной сигнал. Основной недостаток видикон заключается в том, что в них уменьшение емкости
См для ускорения выравнивания электронным лучом потенциального рельефа поверхности мишени не сопровождается увеличением сопротивления . Это может привести к тому, что на сильно засвеченных участках время разряда конденсатора %d0%b1%d0%b5%d0%b7%d1%8b%d0%bc%d1%8f%d0%bd%d0%bd%d1%8b%d0%b9 может стать меньше продолжительности кадра, что приведет к неполному использованию эффекта накопления заряда на элементах мозаичной мишени. От этого недостатка свободны плюмбиконы, мишень которых построена на p-i-n-фотодиодах. Наличие в них высокоомного і-слоя приводит к возникновению в нем сильного электрического поля, которое ускоряет движение носителей заряда, за счет чего уменьшается вероятность их рекомбинации. Это позволяет увеличить толщину i-го слоя и за счет этого одновременно уменьшить емкость См и увеличить сопротивление , не изменив времени разряда. Но уменьшение емкости См ускоряет выравнивания электронным лучом потенциального рельефа поверхности мишени.
В трех трубчатых передающих ЭЛТ системой полупрозрачных пластин и зеркал световой луч делится на три составляющие, каждая из которых формирует видеосигнал определенного цвета (красного, зеленого, синего) (рис. 17). В передающих устройствах с бегущим лучом световой луч пробегает по объекту и, отражаясь от него широким расходящимся лучом, разделяется на три части, каждая из которых проходит через «свой» светофильтр и попадает на «свой» фотоэлектронный умножитель, который формирует видеосигнал соответствующего цвета (красного, зеленого, синего) (рис. 18).

В телевизионном приемнике модулированный ВЧ-сигнал сначала детектируется, в результате чего выделяется видеосигнал. Последний поступает на модулятор кинескопа, который регулирует количество электронов в луче, а, следовательно, яркость свечения того мозаичного элемента экрана, на который попал луч. Системы горизонтального и вертикального отклонения заставляют электронный луч сканировать весь экран приемной ЭЛТ синхронно со сканированием экрана передающей ЭЛТ. В кинескопах цветного изображения (рис. 12) детектируются все три модулированные ВЧ-сигналы красного, синего и зеленого цветов. Выделенные видеосигналы поступают на модуляторы трех прожекторов (1), каждый из которых «Рисует» соответствующим цветом. Электронные лучи (7), проходя через отверстие
маски (5), попадают на экран, каждый на свое место в триаде (каждый на свой катодолюминофор). Каждая из трех точек триады светится определенным цветом. Смешивание этих цветов дает все необходимые оттенки цветного изображения предметов. А дальше происходит так, как в монохроматическом кинескопе, т.е. системы горизонтального и вертикального отклонения заставляют электрический луч сканировать весь экран. Чтобы обеспечить точность попадания лучей на свои люминофоры, применяют специальное устройство сведения лучей 4, магнит бокового смещения синего луча (2), магнит чистоты цвета (3) и др. Принцип работы запоминающих ЭЛТ базируется на использовании зависимости потенциала поверхности диэлектрической мишени от энергии электронов, что ее бомбардируют. Трубка потенциалоскопа (рис. 19) имеет обычный электронный прожектор и типичную отклоняющую систему (электростатическую или магнитную), которая направляет электроны на диэлектрическую мишень. При отсутствии сигнала на сигнальной пластине, когда электронный луч вычеркивает на экране линию (развертка луча) с поверхности мишени под действием первичных электронов возникает вторичная электронная эмиссия и потенциал поверхности мишени приобретает значение, близкое к потенциалу коллектора. Если же на сигнальную пластину подать напряжение сигнала, то потенциал
поверхности мишени, которая является обкладкой конденсатора (сигнальная пластина-диэлектрик-поверхность мишени), начнет меняться во времени, следуя по напряжению сигнала. Чтобы эти изменения можно было записать, необходимо одновременно с сигналом направить на мишень электронный луч, который приводить к поверхности вторичную электронную эмиссию. Барьерная сетка, через резистор R связана с сигнальной пластиной, подобно сетка вакуумного триода, модулирует поток вторичных электронов в такт с входным сигналом. Итак, входной сигнал записывается поверхностью диэлектрической мишени в виде потенциального рельефа. Одновременно он повторяется на резисторе , который входит в круг коллектора, с которого снимается выходной сигнал. Считывание происходит при повторной развертки луча, когда он повторно движется по тем же строках, но уже при отсутствии сигнала на сигнальной пластине. В графеконе (рис. 20) используют два независимых электронные лучи — записывающее и считывающее. Входной сигнал подают на управляющий электрод записывающего прожектора, который модулирует электронный луч за интенсивностью. Электроны этого луча, ускоренные напряжением 10 кВ, проникают в толщу мишени, создают там проводимость, вследствие чего потенциал облученных участков мишени меняется пропорционально интенсивности записывающего электронного луча, то есть к напряжению сигнала. На поверхности мишени появляется потенциальный рельеф. Во время считывания немодулированный электронный луч движется по мишени и вызывает вторичную электронную эмиссию, коэффициент которой с каждого элемента пропорционален записанного сигнала. Вторичные электроны попадают на коллектор, ток которого становится промоделирован по закону сигнала и с резистора снимается выходной сигнал.

Свойства. Свойства ЭЛТ значительной степени обусловлены их фокусировочными и отклоняющими системами и люминофором. Магнитные фокусировочные системы обеспечивают меньший размер фокального светового пятна на экране (<100 мкм) и дают меньшие искажения изображения, чем электростатические фокусировочные системы. Отклонение электронного луча магнитным полем меньше зависит от скорости электронов, чем для электростатической системы отклонения. Поэтому магнитные отклоняющие системы применяют в ЭЛТ с высоким анодным потенциалом, необходимым для получения высокой яркости свечения. Еще одно преимущество магнитных отклоняющих систем состоит в том, что они отклоняют электронный луч на больший угол, что позволяет уменьшать размеры ЭЛТ. Вместе с тем, магнитные отклоняющие и фокусировочные системы имеют ряд существенных недостатков, которые отсутствуют в электростатических системах фокусировки и отклонения электронного луча. Один из них заключается в том, что их невозможно применять на частотах, превышающих 100 кГц, в то время как электростатические системы фокусировки и отклонения могут работать на частотах в
сотни МГц. Другой существенный недостаток магнитных отклоняющих и фокусировочных систем заключается в том, что они требуют больших токов, а, следовательно, мощных источников питания.
Люминофоры отличаются друг от друга по цвету свечения, время послесвечения, светоотдачей и другими параметрами. Осциллографические ЭЛТ предназначены для получения изображений электрических
процессов, которые изменяются во времени. Для этой цели обычно используют трубки с электростатическим отклонением электронного луча. Электростатическая отклоняющая система не потребляет мощности от источников сигнала и дает возможность использовать отклоняющую напряжение с высокой частотой (до сотен МГц). При съемке изображений важно получить высокую яркость свечение. Поскольку увеличивать скорость электронов повышением напряжения на втором аноде невыгодно (снижается чувствительность ЭЛТ), то применяют трубки с ускорителем электронного луча, которые имеют дополнительные ускорительные аноды. Для определения фазовых и временных сдвигов необходимо одновременное наблюдение двух сигналов. Для этого применяют двухлучевые ЭЛТ. Другое назначение имеют радиолокационные ЭЛТ. В них необходимо получить на экране изображение импульса радиосигнала, отраженного от облучаемого объекта так, чтобы координаты изображения импульса на экране могли быть перечисленные в координаты объекта в пространстве. Во-первых, это требует высококачественной фокусировки электронного луча (малый размер фокального пятна, малые ее искажения). Это достигается применением магнитных фокусировочных систем, которые имеют преимущества перед электростатическими. Во-вторых, для пересчета координат удобнее изображения на экране ЭЛТ получать в полярных координатах. Для этой цели используют магнитные отклоняющие системы. В-третьих, оператору необходимо время для считывания координат. Его обеспечивают ЭЛТ с длительным послесвечением экрана. Свойства передающих ЭЛТ значительной степени обусловлены видом накопителя. ЭЛТ с вторично-эмиссионным накопителем (супериконоскопы, суперортиконы, суперизоконы т.д.) имеют высокий уровень выходного сигнала и широкий динамический диапазон. Вместе с тем, они отличаются сложностью и громоздкостью, что существенно сужает сферу их использования. ЭЛТ с фотопроводящим накопителем (видикон) обладают сравнительно большой инерционностью. Видикон, который работает в режиме быстрых электронов, допускает значительно большие изменения напряжения на сигнальной пластине и поэтому может работать в более широком диапазоне освещенности, но в режиме медленных электронов он обладает большей чувствительностью. Спектральные характеристики видикон зависят от материала фотопроводящего слоя, а его апертурные характеристики — от размеров мишени. Простота конструкции, невысокая стоимость, малые габаритные размеры и малая масса вместе с высокой чувствительностью обусловливают широкое использование этих ЭЛТ в специализированных телевизионных системах. Передающие ЭЛТ с фотодиодном слоем (плюмбикон), благодаря фотодиодной мишени с p-i-n-структурой обладают малой инерционностью и линейной световой характеристикой. Кроме того, плюмбикон имеют другие преимущества: большую чувствительность (могут работать при освещенности на фотокатоде 2 … 3 Лк); высокое разрешение; малый (5% против 25 … 30% в обычных видиконов) окончательный сигнал после считывания потенциального рельефа; малый темновой ток (в сто раз меньше тока сигнала) и благодаря этому высокую равномерность сигнала по всему полю изображения высокую стабильность световой характеристики. Эти свойства плюмбикон позволяют использовать их не только в монохромных, но и в цветных передающих камерах. Кремникона сравнению с плюмбикон характеризуются высокой чувствительностью, большим световым динамическим диапазоном, повышенной термостойкостью. Датчик сигнала цветного телевидения на основе устройств с бигущим лучом, как и любая другая система мгновенного действия, обладает малой чувствительностью. Поэтому используется преимущественно для передачи кинофильмов. Чувствительными есть много трубчастые датчики, которые применяются для студийных передач.

Твердотельные фотоэлектрические преобразователи на основе МОП-структур (ПЗС) знаменуют важный этап в развитии телевизионной техники. В передающих телевизионных камерах они приходят на смену вакуумным приборам. Твердотельные фотоэлектрические преобразователи — это не только малые габариты и высокие технические показатели. Это еще жесткий дискретный растр, который обеспечивает легкость совмещение изображений от нескольких датчиков, допуская простоту регулирования параметров расписания и многоканального считывания, а в совокупности с памятью на тех же ПЗС обеспечивает многие виды обработки телевизионных сигналов. Приемные телевизионные ЭЛТ, предназначенные для получения на экране телевизионного изображения, которое можно было бы рассматривать на расстоянии нескольких метров, имеют большие размеры экрана и малую длину. Это достигается применением в них магнитных отклоняющих систем, которые обеспечивают больше, чем электростатические системы, углы отклонения луча. Они имеют высокую яркость и контрастность, для чего в них используют мощные (несколько ватт) электронные лучи, катодолюминофоры с большой светоотдачей (5-10 кд / Вт), а также тетродные электронные прожекторы с крутой модуляционной характеристикой. Четкость изображения в кинескопах обеспечивается также высокой степенью фокусировки электронного луча. Это достигается, применяя электростатическое систему фокусировки, образовавшуюся с иммерсионного объектива, иммерсионной и одинарной линз. Запоминающие ЭЛТ (потенциоскопы, графеконы т.д.) позволяют записывать электрические сигналы, сохранять запись, считывать записаное. Если во время считывания на пластину подается сигнал, то элементы мишени заряжаются до напряжения, равной разности записанного потенциала, соответствует уровню нового сигнала. Если записи сигнала одинаковы, то происходит суммирование сигналов. В других конструкциях запоминающих ЭЛТ одновременно с записью происходит визуализация сигнала. В этом заключается их преимущество над другими ЗУ.

Применение. ЭЛТ широко применяют в осциллографах — приборах, предназначенных для визуального наблюдения за различными электрическими процессами; в радиолокационных станциях — системах, предназначенных для дистанционного зондирования как подвижных, так и неподвижных объектов; в передающих и приемных устройствах телевидения; в дефектоскопах — устройствах технического телевидения, предназначенных для выявления скрытых дефектов; в кардио- и рентгенографии; в оптических ЗУ, которые запоминают информацию, одновременно осуществляя ее визуализацию и тому подобное. Отдельные варианты оптических ЗУ позволяют складывать и вычитать электрические сигналы. Их с успехом используют в радиолокации для выделения полезных сигналов на фоне помех, для селекции движущихся объектов и тому подобное.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

CAPTCHA image
*