Основные типы электронно-лучевых трубок
Электронно-лучевые приборы широко применяют для визуального наблюдения электрических сигналов, передачи и приема телевизионных изображений, записи и хранения электрических сигналов и во многих других областях,
Осциллографические трубки предназначены для наблюдения электрических сигналов. Для этой цели используются трубки с электростатической фокусировкой и электростатическим отклонением луча. В таких трубках на горизонтально отклоняющие пластины подается пилообразное напряжение развертки, частота которого в п раз меньше частоты исследуемого сигнала (п - 1, 2, 3 и т. д.), а на вертикально отклоняющие пластины — исследуемый сигнал. В результате на экране трубки получается осциллограмма исследуемого сигнала. Для исследования быстро протекающих процессов применяют трубки с послеускорением. В таких трубках имеются дополнительные аноды, выполненные в виде графитовых колец, нанесенных на внутреннюю поверхность колбы и расположенных между отклоняющими пластинами и экраном. Потенциал этих анодов возрастает в направлении от катода к экрану, благодаря чему удается существенно повысить яркость без снижения чувствительности. Для наблюдения двух сигналов используются трубки с двумя лучами. Для наблюдения СВЧ-сигналов применяют трубки, имеющие отклоняющую систему типа бегущей волны, в которой ряд коротких пластин укреплен на витках спирали. Изменение потенциала пластин и движение электронного луча синхронизированы.
Кинескопы предназначены для получения на экране телевизионного изображения. В современных кинескопах используется, как правило, электростатическая фокусировка и магнитная отклоняющая система. Электронная пушка в кинескопах формирует луч, имеющий диаметр в плоскости экрана не более 0,5 мм. В настоящее время кинескопы имеют экраны с диагональю до 71 см и угол отклонения луча 110°. Для получения телевизионного изображения используется растровая развертка, получаемая путем пропускания через отклоняющие катушки токов пилообразной формы. Катушки, отклоняющие луч по вертикали, обеспечивают кадровую развертку, а катушки, отклоняющие луч по горизонтали, — строчную. В результате за период кадровой развертки на экране образуется растр из горизонтальных строк. Телевизионный сигнал подается на модулятор трубки. При этом изменяется плотность тока луча и, соответственно, яркость свечения тех точек экрана, на которые попадает электронный луч.
Для получения цветных изображений применяют кинескопы, экран которых содержит большое количество миниатюрных крупинок люминофоров, расположенных в строго определенном порядке и дающих синее, красное и зеленое свечение. Люминофоры возбуждаются тремя электронными лучами, создаваемыми тремя электронными пушками, которые расположены так, что их электронные лучи попадают один на красный, другой на синий, третий на зеленый люминофор. В зависимости от соотношения между токами лучей, определяемыми напряжениями на модуляторах пушек, получается свечение определенного цвета.
Радиолокационные трубки позволяют получить на экране изображение импульса радиосигнала, отраженного от какого-либо объекта, в соответствии с положением объекта в пространстве, то есть положение импульса на экране должно быть адекватно положению объекта в пространстве. Для этого применяется радиаль-но-азимутальная развертка, позволяющая получить сигнал на экране в полярных координатах. С этой целью используют магнитную отклоняющую систему, состоящую из двух катушек, через которые пропускается линейный пилообразный ток, создающий линейно меняющееся во времени магнитное поле, которое отклоняет луч по радиусу от центра экрана к периферии. Отклоняющая система, надетая на горловину трубки, медленно вращается синхронно с вращением антенны радиолокационной станции, и на экране прочерчиваются радиальные линии, медленно смещаемые по азимуту. На модулятор трубки подается запирающее напряжение, вследствие чего радиальное смещение луча на экране трубки становится незаметным. В момент приема антенной отраженного радиоимпульса на модулятор поступает импульс, отпирающий трубку, и на экране появляется светящееся пятно, удаление которого от центра экрана пропорционально расстоянию до объекта, а угол поворота радиус-вектора, соединяющего центр экрана с пятном, соответствует азимуту объекта.
Запоминающие трубки предназначены для записи, хранения и считывания электрических сигналов. Принцип действия этих приборов основан на зависимости потенциала диэлектрика от энергии бомбардирующих его электронов, что позволяет получать на поверхности диэлектрика потенциальный рельеф. Существует много методов получения потенциального рельефа. Рассмотрим один из наиболее распространенных методов, реализуемый в запоминающей трубке с барьерной сеткой (рис. 10.28).
В такой трубке имеется обычная электронная пушка и отклоняющие пластины. Вместо обычного экрана в ней имеется мишень, состоящая из диэлектрической пластины 1, покрытой с одной стороны металлическим слоем 2 (сигнальная пластина). Вблизи поверхности диэлектрической пластины, обращенной в сторону электронной пушки, на расстоянии ОД мм расположена тонкая металлическая сетка 3, называемая барьерной. Рядом с мишенью имеется кольцевой электрод 4 — это коллектор, имеющий высокий потенциал.
При облучении мишени потоком электронов и потенциале сигнальной пластины Uс = 0 с поверхности мишени возникает вторичная электронная эмиссия, и потенциал мишени приобретает равновесное значение, близкое к потенциалу коллектора. Если подать на сигнальную пластину положительное напряжение, то потенциал барьерной сетки относительно мишени становится отрицательным, что будет препятствовать уходу вторичных электронов, выбитых из диэлектрика, на коллектор. Поэтому потенциал диэлектрика понизится на величину Uc. Если напряжение Uc изменяется во времени и электронный луч перемещается по поверхности мишени, то в соответствии с изменениями мгновенных значений сигнала будет изменяться потенциал точек, на которые в данный момент падает электронный луч. В результате на поверхности мишени образуется потенциальный рельеф, соответствующий мгновенным значениям сигнала. Одновременно с записью происходит повторение сигнала на выходе за счет того, что в цепи коллектора возникает ток, создаваемый вторичными электронами. Этот ток создает падение напряжения на резисторе Ru. Потенциальный рельеф на поверхности мишени может храниться очень долго. Считывание сигнала осуществляется при повторной развертке и отсутствии сигнала на входе.
В радиолокации и телевидении используются трубки с двумя лучами — графекопы. Один луч служит для записи сигнала, он модулируется сигналом, подаваемым на модулятор, второй луч служит для считывания сигнала. Такой способ позволяет считывать записанный сигнал многократно (до нескольких сотен раз).
Трубки со знаковой индикацией на пути потока электронов содержат матрицу, представляющую собой металлическую пластину с отверстиями в форме тех или иных знаков. Размер отверстий несколько меньше диаметра луча и не превышает десятых долей миллиметра. Электронный луч посредством двух пар выбирающих пластин направляется в соответствующее отверстие матрицы и приобретает в сечении форму соответствующего знака. Далее пучок проходит через фокусирующую катушку и компенсирующие пластины, которые направляют его по оси трубки. После этого адресная магнитная система направляет луч в любую точку экрана или мишени.
Газоразрядные приборы
Газоразрядными называют электровакуумные приборы с электрическим разрядом в газе или парах. Конструктивно газоразрядные приборы представляют систему электродов, помещенных в баллон, заполненный инертным газом (аргон, неон, криптон), водородом или парами ртути. Давление газа в баллоне составляет от 10-1 до 103Па.