Класифікація електронно-променевих приладів
Електроннопроменевими приладами називаються електровакуумні прилади, дія яких заснована на формуванні та управлінні з інтенсивності і положенню одним більш електронними пучками. Незважаючи на велику різноманітність електронно-променевих приладів, як по влаштуванню, так і за призначенням, між ними є багато спільного. Так, електронно-променевої прилад завжди містить в балоні три основних елементи: електронний прожектор, що формує електронний пучок, або промінь, що відхиляє приймач електронів - екран або систему електродів електронного комутатора.
Якщо в основу класифікації електронно-променевих приладів покласти найбільш істотний преосвітній ознака, то всі ці прилади можна розділити на чотири групи:
- Прилади, що перетворюють електричний сигнал в зображення - прийомні електронно-променеві трубки: індикаторні і осцилографічні трубки, кінескопи та інші.
- Прилади, що перетворюють зображення в електричний сигнал - передають електронно-променеві трубки
- Прилади, що перетворюють електричний сигнал в електричний сигнал - потенціалоскопи, електронно-променеві комутатори.
Пристрій і принцип дії трубки з електростатичним керуванням
Осцилографічна електронно-променева трубка являє собою скляний балон спеціальної форми, в якому створено високий вакуум. У ній розташовані електроди, які здійснюють формування електронного потоку у вигляді тонкого електронного променя. І електроди, що управляють цим променем. Сукупність електродів, що формують електронний промінь, називається електронним прожектором. Він зазвичай складається з катода К, модулятора М, першого А1 і другого А2 анодів. Найбільш часто застосовують оксидні або камерні подогревним катоди, виконані у вигляді стаканчика, у якого активна область розташовується на зовнішній поверхні дна (Рис1.).
Модулятор головним чином служить для зміни щільності струму електронного променя. До модулятору підводиться невеликий заперечуючи-ний потенціал, регульований в межах від нуля до -30 вольт.
Електронний потік формується тільки за рахунок електронів, які пройшли через діафрагму діаметром близько 1 мм. Таким чином, електрони, вектор початкової швидкості яких значно відхиляється від нормалі до поверхні катода, не проходять через діафрагму і в формуванні електронного променя не беруть участь. Попередньою фокусуванні електронного потоку сприяє невеличкий негативний потенціал, що проводиться до керуючого електрода. Зміна цього потенціалу призводить до зміни траєкторії електронів, і при більш негативному потенціалі електрони, раніше проходили по периферії діафрагми, відображаються, а щільність електронного потоку зменшується. Далі по осі трубки розташовуються ще два циліндра - перший і другий аноди. Перший анод А1, перебуваючи під позитивним потенціалом в декілька сотень вольт, прискорює рухомий від катода потік електронів. До другого анода А2 підводиться напруга, що досягає в деяких електроннопроменевих приладах десятків кіловольт, і потік електронів покидає другий анод з досить високою швидкістю. Крім прискорення електронів, призначення анодів полягає у формуванні вузького електронного пучка - фокусуванні електронного потоку. Внаслідок відмінності потенціалів катода, модулятора, першого і другого анодів в просторі між ними створюються неоднорідні електричні поля - електронні лінзи. Конфігурація електродів і їх потенціали підбираються таким чином, що вся система утворює дві електростатичні лінзи: першу - між модулятором і пришвидшує електродом і другу - між пришвидшує електромо і другим анодом. Проходячи через ці лінзи, електрони утворюють вузький сходиться біля екрану пучок - електронний промінь. Вся система електродів кріпиться на траверсах і утворює єдиний пристрій, зване електронною гарматою. Вийшовши з електронної гармати, електронний промінь потрапляє в сістемуотклоняющіх пластин. служить для керування положенням променя в просторі: Х - пластини викривляють електронний промінь в горизонтальній площині, У - пластини - у вертикальній. На внутрішню стінку опуклого торця трубки наносять люмінофор- речовина, що світиться при бомбардуванні електронами, яке спільно зі склом купола утворюють екран Е. За допомогою пластин, що відхиляють електронний промінь може бути спрямований в будь-яку точку екрану. При цьому, якщо положення променя зафісіксіровано, з зовнішньої сторони екрану через скло проглядається світла пляма, яке має малі розміри і умовно може вважатися світиться точкою. Щоб під дією електронного променя екран не накопичував електростатичних зарядів, коефіцієнт вторинної електронної емісії люмінофора роблять близьким до одиниці σ = 1. Для видалення вторинних електронів на внутрішню бічну поверхню балона наносять струмопровідні графітове покриття, яке всередині балона з'єднують з другим анодом.
Всі електроди електронного прожектора зазвичай харчуються від одного джерела за допомогою дільника напруги. На другий анод, з'єднаний з внутрішнім графітовим покриттям, подають напругу кілька кіловольт, на перший анод - кілька сотень, на модулятор - мінус кілька десятків вольт (все відносно катода). Так як другий анод з'єднується з внутрішнім графітовим покриттям, геометричні розміри якого великі, то для того щоб між графічним покриттям і оператором не виникло паразитних електричних полів, які впливають на електронний промінь, в осцилографічних трубках виявляється доцільним заземленні не мінус, а плюса джерела живлення.
Якщо напруга на відхиляють пластинах змінюються, то електронний промінь, а, отже, і світла пляма на екрані переміщаються, описуючи траєкторію відповідно до зміни напруги на відхиляють пластинах може візуально спостерігатися на екрані електронно трубки. Діаметр світиться плями і товщина лінії руху променя тим менше, чим краще сфокусований електронний промінь. Яскравість світіння екрана залежить від числа бомбардують його в одиницю часу електронів і від швидкості їх руху. Яскравість світіння можна змінювати, регулюючи напругу на модуляторі і, отже, змінюючи щільність струму електронного променя, а також за рахунок швидкість руху електронів, яка визначається напругою на другому аноді.
Електростатична фокусування електронного променя
При відповідній формі електродів прожектора і різниці потенціалів між ними створюється таке неоднорідне електричне поле, яке прискорює електрони променя в бік екрану і одночасно виробляє його фокусування. Фокусування електронного променя проводиться двічі: в точках F1 і F2. Це свідчить про наявність в електронному прожекторе двох електроннооптичних систем: короткофокусної з фокусом в точці F1 (утворюється катодом, модулятором і першим анодом) і длиннофокусной з фокусом в точці F2, розташованої в площині екрану (утворюється першим і другим анодами). Принцип дії обох систем абсолютно однаковий, тому досить розглянути дію тільки однієї, наприклад длиннофокусной системи.
На малюнку 2а) показано неоднорідне електричне поле, що виникає всередині прожектора між першим і другим анодами за умови Ua> Ua1.
На малюнку 2б), виділена лише одна електрична силова лінія і показана траєкторія електрона, що відхиляється від осі під невеликим кутом і зустрічається з силовою лінією в точці А. У цій точці вектор напруженості електричного поля Е можна розкласти на горизонтальну Ег і вертикальну Єв складові. Згідно співвідношенню Ег буде прискорювати електрон в сторону екрану, а Єв буде притискати його до осі, тобто здійснювати фокусування.
З огляду на, що індукція магнітного поля пропорційна числу ампер-витків wI, можна записати:
Конструкція відхиляють котушок.
Котушки, що відхиляють з феромагнітними сердечниками дозволяють збільшити щільність потоку магнітних силових ліній в необхідному просторі. Котушки з феромагнітними сердечниками застосовуються тільки при низькочастотних відхиляють сигналах, тому що зі збільшенням частоти відхиляє напруги зростають втрати в осерді. У телевізійних і радіолокаційних електронно-променевих трубках зазвичай застосовуються котушки, що відхиляють без сердечника. Прагнучи отримати більш однорідне магнітне поле, краю котушки відгинають, а саму котушку згинають за формою горловини трубки. Витки в котушці розподіляють нерівномірно: Число витків на краях звичайно в 2 - 3 рази більше, ніж в середині. Для зменшення поля розсіювання котушки без сердечника зазвичай полягають в сталевий екран.
Переваги і недоліки електростатичного та магнітної систем відхилення.
Відхилення променя магнітним полем у меншій мірі залежить від швидкості електрона, ніж для електростатичного системи відхилення. Тому магнітна система, що відхиляє знаходить застосування в трубках з високим анодним потенціалом, необхідним для отримання великої яскравості світіння екрана.
До недоліків магнітних відхиляють систем слід віднести неможливість їх використання при відхиляють напругах з частотою більше 10 - 20 кГц, в той час як звичайні трубки з електростатичним відхиленням мають верхній частотний межа порядку десятків мегагерц і більше. Крім того, споживання магнітними відхиляють котушками значного струму вимагає застосування потужних джерел живлення.
Перевагою магнітної системи, що відхиляє є її зовнішнє щодо електронно трубки розташування, що дозволяє застосовувати обертаються навколо осі трубки, що відхиляють.