Электронно-лучевые приборы
класс электровакуумных электронных приборов Из Википедии, свободной энциклопедии
класс электровакуумных электронных приборов Из Википедии, свободной энциклопедии
Электро́нно-лучевы́е прибо́ры (ЭЛП), также като́дные тру́бки (англ. cathode ray tubes) или электронно-лучевые трубки (аббревиатура — ЭЛТ) — класс электровакуумных электронных приборов, в которых используется поток электронов, сформированный в форме одиночного пучка (луча) или нескольких пучков, управляемых как по интенсивности (току пучка), так и по положению пучка в пространстве, и эти пучки взаимодействуют с неподвижной мишенью (экраном) прибора[1][2][3].
Основная сфера применения ЭЛП — преобразование оптической информации в электрические сигналы — например, в передающих телевизионных трубках и обратное преобразование электрического сигнала в оптический — например, в видимое телевизионное изображение[3].
В класс электронно-лучевых приборов не включаются также использующие пучки электронов рентгеновские трубки, вакуумные фотоэлементы, фотоумножители, газоразрядные приборы (например, декатроны) и приёмно-усилительные электронные лампы (лучевые тетроды, вакуумно-люминесцентные индикаторы и индикаторы типа "Магический глаз", усилительные лампы со вторично-электронным умножителем и тому подобное).
В 1859 году Ю. Плюккер, исследуя электрический разряд в разреженных газах, открыл катодные лучи.
В 1879 году У. Крукс установил, что при отсутствии внешних электрических и магнитных полей катодные лучи распространяются прямолинейно, и открыл, что они могут отклоняться магнитным полем. В опытах с созданной им газоразрядной трубкой он обнаружил, что, падая на некоторые кристаллические вещества, названные в дальнейшем катодолюминофорами, катодные лучи вызывают их видимое свечение.
В 1897 году Д. Томсон обнаружил, что катодные лучи отклоняются электрическим полем, измерил отношение заряда к массе частиц катодных лучей. Открытие электрона как элементарной частицы принадлежит Э. Вихерту[4][5] и Дж. Дж. Томсону, которые в 1897 году установили, что отношение заряда к массе для катодных лучей не зависит от материала катода. Термин «электрон» как название фундаментальной неделимой единицы заряда в электрохимии был предложен[6] Дж. Дж. Стоуни в 1894 году (сама единица элементарного заряда была введена им в 1874 году).
В 1897 году Карл Ф. Браун, на основе трубки У. Крукса, сконструировал первую катодную, или электронно-лучевую трубку, которую он предложил применить в качестве индикаторного прибора при исследовании электромагнитных колебаний. До 1906 года электронно-лучевая трубка использовалась только в осциллографах.
С 1902 года с трубкой Брауна работал Б. Л. Розинг в опытах по воспроизведению изображений. После опубликования его патентов в 1907—1911 годах появились работы и других авторов об использовании электронного луча для создания телевидения[7][8].
Передающие электронно-лучевые приборы преобразуют оптическое изображение в электрический сигнал.
Приёмные электронно-лучевые приборы преобразуют электрический сигнал в оптическое (видимое) изображение:
Электронно-лучевые приборы без видимого изображения
По способу фокусировки и отклонения луча ЭЛТ делятся на:
Все электронно-лучевые приборы состоят из четырёх основных частей:
Это наиболее обширный и широко применяемый класс ЭЛП — кинескопы, осциллографические трубки, различные индикаторы. Различаются по типу экрана, способу отклонения и фокусировки форме, размерам и др.
Для визуального наблюдения процессов экран прибора со внутренней стороны колбы покрывают люминофором — веществом, способным люминесцировать при электронной бомбардировке. Яркость свечения люминофора зависит от скорости электронов, поверхностной плотности электронного тока и свойств люминофора.
Существуют монохромные и многоцветные экраны. Монохромные экраны имеют определённые цвет свечения — зелёный, синий, жёлтый, красный или белый. В многоцветных экранах цвет свечения зависит от направления или интенсивности электронных пучков и управление цветом производится электронными способами. Известный пример многоцветных экранов — у цветных кинескопов.
Химический состав люминофора определяет цвет и длительность свечения экрана. Для визуального наблюдения в монохромных экранах используются люминофоры с зелёным цветом свечения, для которого чувствительность человеческого глаза максимальна. К веществам с зелёной люминесценцией относятся виллемит (силикат цинка), сульфид цинка или смесь сульфидов цинка и кадмия.
Для фотографирования процессов используются люминофоры, дающие синее и фиолетовое свечение, для которого чувствительность фотографической эмульсии фотоматериала максимальна. Это вольфраматы — бария и кадмия[14].
Существуют экраны с двухслойным люминофором, слои которого имеют разный цвет свечения и время послесвечения, это позволяет при помощи светофильтров выбирать нужный цвет[14].
Также экраны с двухслойным люминофором применяются в индикаторах с длительным послесвечением. Внутренний слой имеет синий цвет свечения и возбуждается электронным лучом, наружный, слой нанесённый на стекло колбы, имеет длительное (несколько секунд) жёлто-зеленое послесвечение и фосфоресцирует от возбуждения синим светом первого слоя люминофора.
В цветных кинескопах на экран наносится мозаика из пятен или полос люминофоров с разным цветом свечения, электронные лучи от нескольких прожекторов засвечивают люминофор через маску, обеспечивающую попадание на участки люминофора только электронного луча от прожектора «своего цвета».
При электронной бомбардировке люминофора наблюдается как люминесценция, то есть свечение в момент удара, так и фосфоресценция. Явление фосфоресценции у ЭЛТ называется «послесвечением» — после прекращения возбуждения люминофора электронным лучом он продолжает в течение некоторого времени светиться с постепенным затуханием яркости свечения. Время послесвечения люминофора — это отрезок времени, в течение которого яркость свечения уменьшается на определённую величину, обычно на 90 % по сравнению с максимальным значением при первоначальном возбужденна электронным лучом.
По длительности послесвечения различают люминофоры классифицируют на:
Сравнительно коротким послесвечением для наблюдения обычных в радиотехнике процессов обладает силикат цинка, для наблюдения за более медленными процессами используется сульфид цинка или сульфид цинка и кадмия[14].
Экраны с длительным послесвечением обычно используют в индикаторах радиолокаторов, поскольку период смены изображений в индикаторах РЛС может достигать десятков секунд и более и связан со скоростью вращения антенной системы.
Характеристики некоторых типов экранов приведены в таблице[15].
Тип экрана | Покрытие | Свечение | Послесвечение | |||
---|---|---|---|---|---|---|
Цвет | Максимум спектральной характеристики, нм | Цвет | Максимум спектральной характеристики, нм | Время послесвечения | ||
А | Однослойное, тонкой структуры | Синий | 450 | — | — | Короткое |
Б | Однослойное, тонкой структуры | Белый | 460 и 570 420 и 580 |
— | — | Короткое Среднее |
В | Двухслойное, грубой структуры | Белый | 440 и 560 | Желтый | 560 | Длительное |
Г | Бесструктурное вакуумное испарение | Фиолетовый | 560 (поглощение) | Фиолетовый | 560 (поглощение) | Очень длительное |
Д | Однослойное, тонкой структуры | Голубой | 440 и 520 | Зеленый | 520 | Длительное |
Е | Состоит из двух видов перемежающихся полос | Оранжевый Голубой | 595
440 и 520 |
Оранжевый Зелёный | 595 520 |
Длительное Длительное |
И | Однослойное, тонкой структуры | Зеленый | 520 | — | — | Среднее |
К | Двухслойное, грубой структуры | Розовый | 440 и 600 | Оранжевый | 600 | Длительное |
Л | Однослойное, тонкой структуры | Синевато-фиолетовый | 400 | — | — | Очень короткое |
М | Однослойное, тонкой структуры | Голубой | 465 | — | — | Короткое |
П | Однослойное, тонкой структуры | Красный | 630 | — | _ | Среднее |
С | Однослойное, мелкозернистой структуры | Оранжевый | 590 | Оранжевый | 590 | Длительное |
Т | Однослойное | Желтовато-зелёный | 555,5 | — | — | Очень короткое |
У | Мелкозернистое, тонкой структуры | Светло-зелёный | 530 | — | — | Короткое |
Ц | Мозаичное, точки из трех люминофоров | Синий Зелёный Красный |
450 520 640 |
— — — |
— — — |
Короткое Среднее Среднее |
Некоторые вещества, сами по себе не являющиеся люминофорами, обладают свойством изменять свои оптические свойства под действием электронной бомбардировки. В специальных ЭЛТ (скиатронах) в качестве материала экрана используется скотофор. В качестве скотофора в таких ЭЛТ обычно применяется мелкокристаллический слой галогенида щелочного металла, например, хлорида калия — экран типа Г. На экран слой хлорида калия наносится напылением в вакууме. После напыления на подложке (стенке баллона ЭЛТ или слюдяной пластине) образуется тонкая бесструктурная пленка белого цвета. В местах экспонированных электронным пучком соль приобретает темно-лиловый цвет, сохраняющийся много часов. Обесцвечивание лиловой окраски хлорида калия производится путем нагревания подложки до температуры 300—350 °С.
В другом типе экранов используется свойство тонкой масляной плёнки, нанесённой на подложку, деформироваться при локальном заряде участков её поверхности электронным лучом. При этом лучи света внешнего источника преломляются на неровностях масляной плёнки и отклоняются в разные стороны. Неравномерный заряд поверхности пленки долго сохраняется. Выравнивание поверхностного заряда и выравнивание неровностей за счет сил поверхностного натяжения производится широким стирающим электронным пучком. Такие экраны использовались в проекционных оптических системах типа эйдофор.
ЭЛТ такого типа обычно применяются в электронных осциллографах и других радиоизмерительных приборах, например, в панорамных анализаторах спектра.
ЭЛТ состоит из:
В его состав входят: катод (4), управляющий электрод (3), первый (5) и второй (6) аноды.
Для перемещения светового пятна по экрану, между вторым анодом и экраном располагается отклоняющая система состоящая из двух пар взаимно перпендикулярных пластин. Между пластинами горизонтального отклонения (9) создаётся электрическое поле с горизонтально ориентированным вектором напряжённости, при подаче на них напряжения, луч отклоняется в горизонтальной плоскости в сторону пластины с бо́льшим потенциалом. Если на пластины подавать периодически изменяющееся напряжение, то световой луч будет перемещаться по экрану в разные стороны, оставляя на экране след в виде горизонтальной линии. Пластины вертикального отклонения (8) создают электрическое поле с вертикально направленным вектором напряжённости и перемещают луч вверх и вниз по экрану.
Если одновременно подавать разные напряжение на обе пары пластин, то луч будет прочерчивать на экране линию, форма которой зависит от изменений напряжений на пластинах отклоняющей системы[16].
Кинескопы предназначены для применения в телевизорах, и ранее были неотъемлемой частью любого телевизора, сейчас в телевизорах практически полностью вытеснены устройствами отображения (экранами) с другими принципами действия.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.