Электроннолучевые приборы

Характерной особенностью большой группы электровакуумных приборов является наличие в них сфокусированного пучка электронов – электронного луча. В электронных лампах длина пробега элек-тронов между электродами измеряется в большинстве случаев миллиметрами, длина электронного луча имеет длину 20...30 см и более. В электронных лампах осуществляется управление интенсивностью по-тока электронов между электродами, в электроннолучевых приборах, кроме управления интенсивно-стью электронного луча, осуществляется также управление направлением этого луча.

Электроннолучевые приборы подразделяются на две большие группы. Первую из них составляют приборы СВЧ, к которым, в первую очередь, относятся клистроны, лампы бегущей и обратной волны. Вторую составляют электронно-оптические преобразователи, причем с помощью электронного луча осу-ществляется как преобразование оптических сигналов в сигналы электрического тока, так и обратное преобразование. Приборы именного такого принципа действия до настоящего времени широко применя-ются в бытовой и радиоизмерительной аппаратуре.

Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия электроннолучевых трубок, преобра-зующих электрические сигналы в видимое светящееся изображение на экране.

Электроннолучевая трубка представляет собой электронный вакуумный прибор, основными частя-ми которого в большинстве случаев являются: электронный прожектор, устройства, управляющие на-правлением луча, которые носят название отклоняющей системы, и люминесцирующий экран, на ко-тором под действием электронного луча возникает светящееся пятно, смещающееся по экрану под воз-действием электрического или магнитного поля отклоняющей системы.

Электронный прожектор служит для получения электронного луча необходимой интенсивности. Он состоит из источника свободных электронов – обычно оксидного подогревного катода. Катод этот име-ет форму стаканчика, на торцевую поверхность которого нанесен оксидный слой.

Катод помещен внутри цилиндра управляющего электрода – модулятора.

В середине дна этого цилиндра сделано отверстие, которое служит диафрагмой для электронного луча. Модулятору сообщается напряжение, обычно отрицательное по отношению к катоду. Отрица-тельный заряд модулятора отталкивает часть электронов катодной эмиссии обратно на катод; остальные пролетают через отверстие диафрагмы, образуя относительно сжатый пучок, благодаря воздействию электрического поля модулятора. Роль модулятора в электроннолучевой трубке в общем та же, что и роль управляющей сетки в электронной лампе. Изменение потенциала модулятора дает возможность изменять интенсивность электронного луча; а при определенном, достаточно большом по абсолютной величине отрицательном потенциале модулятора луч запирается.

Электрическое поле, ускоряющее электроны луча, возбуждается напряжением, приложенным меж-ду катодом и анодами, расположенными вдоль пути луча.

Придав специальную форму этим анодам, можно сфокусировать электронный луч на экране трубки. Но если нужно обеспечить весьма малые размеры пятна на экране (например, в приемных трубках телевизоров), то применяется магнитная фокусировка луча посредством воздействия специальных фокусирующих катушек, надетых на узкую часть трубки. Соответственно принято различать трубки с электростатической фокусировкой и трубки с магнитной (точнее, с электромагнитной) фокусировкой.

При электростатической фокусировке два анода (рис. 40) выполняются в виде полых цилиндров с диафрагмами в форме перегородок с отверстиями. Между вторыми анодом и катодом включается ис-точник постоянного высокого напряжения. На первый анод, посредством делителя подается напряже-ние, составляющее только 10...30 % напряжения второго анода.

Электрическое (или магнитное) поле может воздействовать на поток электронов совершенно так же, как оптическая линза на световой поток, в соответствии с чем принято называть электронными и магнитными линзами электрические и магнитные поля соответствующей конфигурации. Это так назы-ваемая электронная оптика.

В электронном прожекторе две электронные линзы, образуют фокусирующую систему. Роль первой линзы играет электрическое поле, создаваемое между первым анодом, модулятором и катодом. Эта электронная линза собирает луч в первый фокус между модулятором и первым анодом. Пройдя через первый фокус, траектории электронов вновь несколько расходятся. Для их фокусирования на экран трубки служит вторая электронная линза, образуемая полем между первым и вторым анодами. На рис. 40 две электронные линзы сопоставлены с линзами оптической системы, также дважды фокусирующей луч света. Рабочая фокусировка луча осуществляется регулированием напряжения первого анода. Такое регулирование изменяет радиусы кривизны электронных линз.

Существует большое количество различных вариантов конструкций фокусирующей электростати-ческой системы. Например, между первым анодом и модулятором помещается ускоряющий электрод, соединенный со вторым анодом и, следовательно, находящийся под высоким напряжением.

При магнитной фокусировке применяется по существу смешанная система линз; сохраняется упо-мянутая первая электростатическая электронная линза, но вторая линза делается магнитной.

Рис. 40 Устройство и оптический аналог электростатической фокусирующей системы

Второй анод при этом осуществляется часто в виде слоя графита, нанесенного на часть цилиндри-ческого участка трубки и на ее конусную составляющую, прилегающую к экрану.

Магнитная линза возбуждается постоянным током, пропускаемым по катушке. Последняя надева-ется на цилиндрическую часть баллона трубки. Благодаря большему диаметру магнитной линзы, по сравнению с электростатической, она обеспечивает меньшую сферическую аберрацию, а следовательно, меньшие размеры пятна на экране. Посредством изменения постоянного тока регулируется радиус кри-визны магнитной линзы, а, следовательно, осуществляется фокусировка луча на экране.

Для управления положением луча на экране применяются электростатические и магнитные откло-няющие системы. Они изменяют направление луча, а, следовательно, и положение светящегося пятна на экране воздействием на этот луч поперечным к его направлению электрическим или магнитным по-лем.

ВО ГО

Рис. 42 Устройство электростатической отклоняющей системы

Простейшая электростатическая отклоняющая система состоит из двух пар плоских параллельных пластин (рис. 41), между которыми воз-буждаются два взаимно перпендикулярных электрических поля (ВО – пластины вертикального отклонения луча, ГО – пластины горизонталь-ного отклонения луча). Посредством изменения напряжений на этих двух парах пластин можно сместить светящееся пятно в любую точку экрана. Смещение пятна на экране пропорционально напряжению между пла-стинами, но оно же обратно пропорционально анодному напряжению U_а2. Последняя зависимость имеет простую физическую причину:анод-ному напряжению пропорциональна скорость V электрона, и чем выше эта скорость, тем кратковременнее воздействие отклоняющей силы на электрон, а следовательно, и меньше отклоняющая скорость. Практиче-ски в большинстве случаев простые плоскопараллельные пластины заме-

няются пластинами более сложной формы – изогнутыми, с расходящимися краями и т.п. Это делается для получения больших углов отклонения луча, для уменьшения расфокусировки луча при отклонении и т.п.

Магнитное отклонение луча осуществляется посредством магнитного поля, поперечного по отно-шению к оси трубки. Это поле возбуждается током, проходящим по отклоняющим катушкам, устанав-ливаемым снаружи цилиндрической части баллона трубки. Таким образом, оси отклоняющих катушек должны быть нормальны к оси фокусирующей катушки.

Магнитное управление требует значительно большей затраты мощности, чем электростатическое. Но из- за значительной индуктивности самих катушек предельная частота для отклоняющего тока при-мерно на два порядка ниже, чем частота отклоняющего напряжения в трубке с электростатической фо-кусировкой.

Электронно-лучевые трубки с электростатической фокусировкой и электростатическим от-

клонением луча (рис. 42, а)применяются в основном в электроннолучевых осциллографах для наблю-дения формы быстроменяющихся электрических сигналов.

ОС

А3

М

К

К

Н

Н

Н

Н

А1

А1 А2

А2

ОС

а) б)

Рис. 42 Условные графические обозначения:

а –осциллографической трубки, б –кинескопа

Кинескопы (рис. 42, б) –это электроннолучевые трубки,предназначенные для воспроизведениясигналов графической информации, применяемые в основном в телевизионных приемниках и монито-рах персональных компьютеров. Существует множество типов кинескопов, различающихся главным образом размерами экрана по диагонали и разрешающей способностью. Экраны кинескопов обычно прямоугольные; угол отклонения луча в большинстве кинескопов составляет 90°. Современные кине-скопы имеют электростатическую фокусировку и магнитное отклонение луча.

Контрольные вопросы

1 КАКОВА РОЛЬ ВАКУУМА В ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРАХ?

2 С какой целью активируют катоды электронных ламп?

3 Назовите основное назначение электровакуумного диода, основываясь на его вольтамперной ха-рактеристике.

4 Каково назначение сетки в триоде?

5 Какую роль выполняет вторая сетка в четырехэлектродной лампе – тетроде?

6 Какую роль выполняет третья сетка в пятиэлектродной лампе – пентоде?

7 В чем состоит основное отличие между тетродом и лучевым тетродом?

8 Объясните различие между многоэлектродными и комбинированными электронными лампами.

9 В чем состоит основное отличие между электроннолучевыми приборами и электронными лам-

пами?

10 Назовите основные типы электроннолучевых приборов, служащих для получения изображения.

Дата добавления: 2015-05-06