Электронно лучевая трубка принцип работы

Методы отклонения пучка

Принцип работы электронно-лучевой трубки построен на испускании электронов отрицательно заряженным термокатодом, которые затем при­тягиваются положительно заряженным анодом и собираются на нем. Это принцип работы старой электронной лампы с термокатодом.

Рис. 17.1. Блок-схема электронно-лучевой трубки.

Методы отклонения пучка

Рис. 17.2. Электростатический (а) и электромагнитный (б)

методы отклонения электронного пучка.

Однако метод электростатического отклонения имеет более широкий частотный диапазон, именно поэтому его применяют в осциллографах. Электромагнитное отклонение лучше подходит для высоковольтных трубок (кинескопов), работающих в те­левизорах, и к тому же более компактно в реализации, поскольку обе катушки располагаются в одном и том же месте вдоль горловины теле­визионной трубки.

Конструкция ЭЛТ

На рис. 17.3 дано схематическое представление внутреннего устройства электронно-лучевой трубки с электростатической отклоняющей систе­мой. Показаны различные электроды и соответствующие им потенциалы. Электроны, испускаемые катодом (или электронной пушкой), проходят через небольшое отверстие (апертуру) в сетке. Сетка, потенциал которой отрицателен по отношению к потенциалу катода, определяет интен­сивность или число испускаемых электронов и, таким образом, яркость пятна на экране.

Рис. 17.3. Электронно-лучевая трубка.

Рис. 17.4. Сигнал временной развертки.

Затем электронный пучок проходит сквозь электрон­ную линзу, фокусирующую пучок на экран. Конечный анод А₃ имеет потенциал в несколько киловольт (по отношению к катоду), что соот­ветствует диапазону сверхвысоких напряжений (СВН). Две пары откло­няющих пластин D₁ и D₂ обеспечивают электростатическое отклонение пучка электронов в вертикальном и горизонтальном направлениях соот­ветственно.

Вертикальное отклонение обеспечивают Y-пластины (пластины верти­кального отклонения), а горизонтальное — Х-пластины (пластины гори­зонтального отклонения). Входной сигнал подается на Y-пластины, кото­рые отклоняют электронный пучок вверх и вниз в соответствии с ампли­тудой сигнала.

X-пластины заставляют пучок перемещаться по горизонтали от одно­го края экрана к другому (развертка) с постоянной скоростью и затем очень быстро возвращаться в исходное положение (обратный ход). На Х—пластины подается сигнал пилообразной формы (рис. 17.4), вырабатывае­мый генератором. Этот сигнал называют сигналом временной развертки.

Подавая соответствующим образом сигналы на Х— и Y-пластины, можно получить такое смещение электронного пучка, при котором на экране ЭЛТ будет «прорисовываться» точная форма входного сигнала.

В этом видео рассказывается об основных принципах работы электронно-лучевой трубки:

Принцип работы такого монитора основан на испускании потока электронов электронно-лучевой пушкой.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

ЭЛТ — электронный электровакуумный прибор, в котором используется поток электронов, сконцентрированный в форме луча, и создающий на специальном экране видимое изображение.

Катод служит источником электронов, которые собираются в узкий луч фокусирующей системой, разгоняются в ускоряющем поле, создаваемом анодами и попадают на экран, покрытый люминофором — веществом, способным светиться при бомбардировке его электронами.

Модулятор (управляющий электрод) имеет отрицательный относительно катода потенциал, который регулирует плотность потока электронов, а следовательно — яркость свечения экрана.

Первый анод (фокусирующий электрод) — фокусирует пучок электронов и определяет его диаметр. Кроме того, первый и второй аноды создают для электронов ускоряющее поле, достаточное для вызывания свечения люминофора. Для этого на аноды подается высокое напряжение: на первый анод от сотен вольт до нескольких киловольт, на второй — от единиц кВ до десятков кВ.

Для управления положением светящегося пятна на экране применяют отклоняющую систему, которая может быть:

— электростатической — две пары пластин; разность потенциалов между пластинами X определяет положение луча по горизонтали, между пластинами Y-по вертикали.

— магнитной — две пары отклоняющих катушек, размещенных на горловине трубки; при протекании тока по катушкам возникает магнитное поле, отклоняющее электронный луч.

ЭЛТ применяются:

— в осциллографах – для наблюдения электронных процессов;

— в телевидении (кинескопах)- для преобразования электрического сигнала, содержащего информацию о яркости и цвете передаваемого изображения;

— в индикаторных устройствах РЛС — для преобразования электрических сигналов, содержащих информацию об окружающем пространстве, в видимое изображение.

Для лучшей фокусировки электронного пучка и получения большей яркости изображения на электроды подают высокое напряжение, получаемое от выпрямительных устройств, питающихся от сети переменного тока. Качество этого фокусирования определяет толщину линии развертки: чем она тоньше, тем лучше фокусировка.

Основным элементом электронно-лучевого осциллографа является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), внутри которой создается узкий пучок электронов (электронный луч), падающий на люминесцирующий ее экран, состоящий из одного или нескольких слоев материала, называемых люминофорами (силикаты и др.). Состав люминофора определяет окраску свечения и его продолжительность.

Электроны, излучаемые катодом, под действием ускоряющих потенциалов и системы фокусирующих электродов (электронной линзы) определенной конфигурации формируются в узкий луч. Регулировка потенциалов, подаваемых на электроды, позволяет изменять поперечное сечение электронного луча и скорость электронов в момент их попадания на экран. Этим путем регулируется фокусировка и яркость изображения на экране трубки.

Электронный пучок обладает ничтожно малой инерционностью, поэтому мгновенно изменяет свое направление под действием электрического и магнитного полей. Для отключения электронных пучков применяется электростатическое или электромагнитное управление.

При электростатическом управлении электронный луч проходит через две пары взаимно перпендикулярных пластин. К одной паре подводят развертывающее напряжение, которое отклоняет луч в одном направлении и создает ось времени; к другой паре подводят исследуемое напряжение. Если оба подводимых напряжения изменяются синхронно, то на экране получается устойчивое изображение в виде кривой. Конструкция такой трубки показана на рис. 4.1.

Для лучшей фокусировки электронного пучка и получения большей яркости изображения на электроды подают высокое напряжение, получаемое от выпрямительных устройств, питающихся от сети переменного тока. Качество этого фокусирования определяет толщину линии развертки: чем она тоньше, тем лучше фокусировка.

Фокусировка достигается изменением потенциала анодов трубки, а яркость изображения — потенциала на управляющем электроде, при некоторых отрицательных значениях которого электронный пучок полностью запирается и изображение на экране пропадает. Для создания линии развертки применяют специальные генераторы, создающие пикообразное напряжение.

• 4.1. Принцип действия электронно-лучевой трубки
• 89

Рис. 4.1. Расположение электродов в электронно-лучевой трубке

Основные характеристики электронно-лучевой трубки:

• • чувствительность;
• • полоса пропускания;
• • длительность послесвечения;
• • площадь экрана.

Чувствительность трубки 5. = L_T/U_T, где L_r — отклонение луча на ее экране под воздействием напряжения U_T, приложенного к паре отклоняющих пластин, обычно $_т бывает порядка 1 мм/В.

Рабочей частью экрана называется площадь экрана, в пределах которой погрешности коэффициентов отклонения (КО) и развертки (КР) не выходят за пределы установленных значений.

Рис. 4.2. Упрощенная схема запоминающей ЭЛТ:

Л₂‘, М К‘ — воспроизводящая система

К параметрам ЭЛТ относят:

• • диаметр светового пятна при оптимальной яркости, который определяет разрешающую способность ЭЛТ;
• • максимальную яркость свечения экрана;
• • цвет свечения экрана;
• • время послесвечения (средняя продолжительность около 100 мс);
• • геометрические искажения.

При исследовании одиночных сигналов и сигналов с большой скважностью используются запоминающие трубки. Они содержат те же элементы, что и ЭЛТ широкого применения, и дополнительно оснащаются узлом памяти и системой воспроизведения изображения.

Узел памяти состоит из двух плоских сеточных электродов, расположенных параллельно экрану (рис. 4.2). Непосредственно у экрана находится мишень, покрытая слоем диэлектрика, поверх которой размещен другой электрод в виде сетки с более крупной структурой — коллектор.

Запоминающие ЭЛТ характеризуются следующими параметрами:

Современные запоминающие ЭЛТ имеют скорость записи сигналов от 2,5 до 4000 км/с.

Рис. 1. Катодные лучи.

Устройство ЭЛТ

Таким образом, для формирования изображения необходимо создавать узкий пучок электронов, направлять его на экран, покрытый люминофором, и иметь возможность менять его интенсивность и направление. Для управления электронными пучками электронно-лучевая трубка(ЭЛТ) содержит следующие компоненты.

Рис. 2. Устройство электронно-лучевой трубки.

Колба ЭЛТ – это главный конструктивный элемент, создающий вакуум, и служащий для крепления всех деталей. Представляет собой трубку, расширяющуюся на одном конце. Боковая поверхность широкой части покрыта изнутри люминофором. С другой стороны этой трубки размещены конструктивные элементы, создающие электронный пучок – электронная пушка.

Электроны внутри пушки генерируются катодом – цилиндром, покрытым веществом, легко испускающим электроны при нагревании. Внутри катода для этого имеется нагревательная спираль.

Затем электроны проходят сквозь узкое отверстие управляющего электрода. На нем имеется некоторый отрицательный потенциал, которым можно ограничивать количество электронов в пучке, меняя его интенсивность (модулировать его).

После выхода из управляющего электрода, поток электронов увлекается положительным полем анода. Анодов в ЭЛТ обычно два. Оба они изготовлены в виде цилиндров, внутри которых имеются отверстия для пролета электронов. Такое устройство позволяет на первом аноде собрать электроны в узкий пучок (сфокусировать его), а второй использовать для окончательного их разгона.

ЭЛТ может содержать несколько электронных пушек, и генерировать несколько лучей. Это позволяет в осциллографах исследовать одновременно несколько сигналов, а в телевизорах – управлять одновременно тремя разными цветами изображения.

Рис. 3. Цветной кинескоп.

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – общее название ряда электронно-лучевых приборов для преобразования электрических сигналов, например в видимые изображения (осциллографические, индикаторные электронно-лучевые трубки, кинескопы и др.), оптических изображений в электрические сигналы (телевизионные передающие трубки).

Компьютерная программа иллюстрирует принцип работы электронно-лучевой трубки. Демонстрируется общая схема устройства ЭЛТ, наглядно показаны элементы управления ЭЛТ, процессы получения электронного пучка и его отклонения управляющими элементами

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) – общее название ряда электронно-лучевых приборов для преобразования электрических сигналов, например в видимые изображения (осциллографические, индикаторные электронно-лучевые трубки, кинескопы и др.), оптических изображений в электрические сигналы (телевизионные передающие трубки).

Модель может быть использована в режиме ручного переключения кадров и в режиме автоматической демонстрации ( Фильм ).

По вертикалям перемещение потока электронов будет вызывать магнитное поле горизонтально расположенных катушек. Поле вертикально расположенных катушек – по горизонтали. Полупрозрачным слоем специального вещества, которое способно светиться при бомбардировке его электронами, покрывается экран электронно-лучевой трубки. К таким веществам можно отнести некоторые полупроводники – вольфрамовокислый кальций, виллемит и другие.

Совсем недавно электронно-лучевая трубка была распространена в самых различных устройствах, например, аналоговых осциллографах, а также в отраслях радиотехники – телевидении и радиолокации. Но прогресс не стоит на месте, и электронно-лучевые трубки начали постепенно вытесняться более современными решениями. Стоит отметить, что в некоторых устройствах их все же применяют, поэтому давайте рассмотрим, что это такое.

Из двух пар пластин состоит электростатическая система отклонения луча: горизонтальной и вертикальной. Пролетая между пластинами, электроны будут отклоняться в сторону положительно заряженной пластины (рисунок а)):

Две взаимно перпендикулярные пары пластин позволяют отклонять электронный луч как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Магнитная система отклонения состоит из двух пар катушек 1 – 1 / и 2 – 2 / , расположенных на баллоне трубки под прямым углом друг к другу (рисунок б)). В магнитном поле, создаваемом данными катушками, на пролетающие электроны будет действовать сила Лоренца.

По вертикалям перемещение потока электронов будет вызывать магнитное поле горизонтально расположенных катушек. Поле вертикально расположенных катушек – по горизонтали. Полупрозрачным слоем специального вещества, которое способно светиться при бомбардировке его электронами, покрывается экран электронно-лучевой трубки. К таким веществам можно отнести некоторые полупроводники – вольфрамовокислый кальций, виллемит и другие.

Основная группа электронно-лучевых трубок – осциллографические трубки, основным назначением которых является исследование быстрых изменений тока и напряжения. В таком случае исследуемый ток подается на отклоняющую систему, результатом чего станет отклонение луча на экране пропорционально силе этого тока (напряжения).

На пути электронного луча от анода А₂ к экрану Э трубки под прямым углом друг к другу устанавливают две пары отклоняющих пластин X и Y (рис. 1), что позволяет управлять лучом в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При подаче напряжения на пластины X электронный луч отклоняется в горизонтальном направлении, а па пластины Y — в вертикальном направлении.

Устройство и принцип работы электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением луча

Электронно-лучевая трубка — электронный прибор, в котором используется поток электронов, сконцентрированных в форме луча или пучка лучей.

К приборам этого типа относятся осциллографическая трубка, приемная телевизионная трубка (кинескоп), передающая телевизионная трубка и др.

Рассмотрим осциллографическую трубку, схематическое изображение которой представлено на рис.1.

Рис. 1 Схематическое изображение осциллографической трубки

Система электродов трубки размещена в стеклянной колбе, из которой откачан воздух до остаточного давления 10 –5 ÷ 10 –6 Па.

Анод А₁ имеет перегородки о отверстиями, называемые диафрагмами. Внутреннюю конфигурацию, взаимное расположение и потенциалы анодов А₁ и А₂ подбирают так, чтобы создаваемое ими электрическое поле ускоряло электроны и фокусировало их в тонкий пучок — электронный луч.

Фокусировку электронного луча осуществляют изменением напряжения между анодом А₁ и катодом с помощью резистора R₂.

На пути электронного луча от анода А₂ к экрану Э трубки под прямым углом друг к другу устанавливают две пары отклоняющих пластин X и Y (рис. 1), что позволяет управлять лучом в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При подаче напряжения на пластины X электронный луч отклоняется в горизонтальном направлении, а па пластины Y — в вертикальном направлении.

Одним из основных параметров электронно-лучевой трубки является чувствительность, равная величине отклонения светового пятна на экране в сантиметрах при изменении отклоняющего напряжения на 1 В. Для повышения чувствительности увеличивают размеры отклоняющих пластин, а также подбирают специальную их конфигурацию.

Электроны, попадающие на экран, необходимо постоянно отводить, иначе они могут зарядить его до высокого напряжения. Для предотвращения этого стенки баллона трубки вблизи экрана покрывают токопроводящим графитовым слоем — аквадагом АК. Вторичные электроны, выбитые из экрана первичными электронами, притягиваются к аквадагу и стекают по нему на второй анод, устраняя тем самым отрицательные заряды с экрана.

Важным параметром люминесцирующего экрана является цвет свечения (спектральная характеристика). В осциллографических трубках, предназначенных для визуального наблюдения, используют люминофоры с зеленым свечением, так как человеческий глаз имеет максимальную чувствительность к зеленому свету.

Высокое быстродействие осциллографических трубок, обусловленное отсутствием инерционных элементов, позволяет применять их для исследования высокоскоростных процессов в электронике, радиолокации, измерительной технике и других областях.

Так как приблизительно 10.5 мкс тратится на горизонтальный перевод луча, то вывод видимой части каждой строки должен быть завершен за 53 мкс. В строке при нормальном соотношении сторон видеообласти, равном 4:3, находится 644 пиксела. Таким образом, время, отпущенное на считывание и вывод пиксела, равно: 53 мкс/1 строка * 1 строка/644 пиксел = 82 нс.

Описанный раньше буфер кадра сам по себе не является устройством вывода, он просто применяется для хранения рисунка. В качестве устройства отображения, используемого с буфером кадра, выступает видеомонитор. Чтобы понять принципы работы растровых дисплеев, нужно иметь представление о конструкции ЭЛТ и методах создания видеоизображения.

В растровом дисплее луч может отклоняться только в строго определенные позиции на экране, образующие своеобразную мозаику. Эта мозаика составляет видеоизображение. Люминофорное покрытие на экране растровой ЭЛТ тоже не непрерывно, а представляет собой множество тесно расположенных мельчайших точек, куда может позиционироваться луч, образуя мозаику.

Устройство цветной растровой ЭЛТ

Цветная растровая ЭЛТ похожа на стандартную черно-белую ЭЛТ, описанную в предыдущем разделе. В ней находятся три электронные пушки, по одной на каждый основной цвет: красный, зеленый и синий. Электронные пушки часто объединены в треугольный блок, соответствующий подобному треугольному блоку точек красного (R — red), зеленого (G — green) и синего (B — blue), люминофоров на экране ЭЛТ ( рис. 10.2 ).

Для того, чтобы электронные пушки возбуждали только соответствующие им точки люминофора (например, красная пушка возбуждала только точку красного люминофора), между электронными пушками и поверхностью экрана помещена перфорированная металлическая решетка.

Системы с телевизионным растром

Так как приблизительно 10.5 мкс тратится на горизонтальный перевод луча, то вывод видимой части каждой строки должен быть завершен за 53 мкс. В строке при нормальном соотношении сторон видеообласти, равном 4:3, находится 644 пиксела. Таким образом, время, отпущенное на считывание и вывод пиксела, равно: 53 мкс/1 строка * 1 строка/644 пиксел = 82 нс.

Во многих растровых дисплеях, построенных на основе буфера кадра, применяется разрешение изображения 512 пикселов в строке. На считывание и вывод пиксела при таком разрешении отводится приблизительно 103 нc. Аналогичные результаты получаются для 625-строчной видеосистемы с частотой воспроизведения 25 кадр/с, используемой в Великобритании и большинстве стран Европы.

© 2020 Научная библиотека

Описанный выше буфер кадра сам по себе не является устройством вывода, он просто применяется для хранения рисунка. Наиболее часто в качестве устройства отображения, используемого с буфером кадра, выступает видеомонитор. Для того чтобы понять принципы работы растровых дисплеев и в некоторой степени векторных устройств с регенерацией, нужно иметь определенное представление об ЭЛТ и видеотехнике.

Рис. 1-31 Электронно-лучевая трубка.

© 2020 Научная библиотека

Копирование информации со страницы разрешается только с указанием ссылки на данный сайт

Трубки с длительным послесвечением часто используют в радиолокаци- онной технике, поскольку период смены изображений в радиолокационных ин- дикаторах может достигать десятков секунд и более.

3.1 назначение и типы электронно-лучевых трубок

В современной радиотехнике электронно-лучевые трубки применяются весьма широко. Наиболее широкое распространение получили так называе-

мые приёмные электронно-лучевые трубки, предназначенные для преобразо-

вания электрических сигналов в видимое изображение. К таким трубкам от- носятся, например, кинескопы для широковещательного и специального те- левидения, индикаторные радиолокационные трубки, трубки, используемые в осциллографах и фототелеграфных аппаратах и т. п. В последнее время

благодаря развитию электронно-вычислительной техники, телевидения и разработке некоторых специальных типов радиолокаторов всё более возрас- тает роль электронно-лучевых приборов с накоплением заряда, предназна- ченных для записи и запоминания информации об определённой пространст- венной или временной последовательности событий и воспроизведения этой информации в виде электрических сигналов.

Характерным примером такого электронно-лучевого прибора может слу-

Ниже будет рассмотрен принцип действия и устройство обычных (при-

ёмных) электронно-лучевых трубок.

Приёмные электронно-лучевые трубки классифицируют по способу фо- кусировки и отклонения луча, по длительности послесвечения экрана, а так- же по некоторым электрическим и конструктивным параметрам.

По способу фокусировки и отклонения луча электронно-лучевые трубки

делятся на два основных типа:

— трубки с электростатическим управлением, в которых для фокусировки и отклонения луча используется электрическое поле;

— трубки с магнитным управлением, в которых для фокусировки и отклонения электронного луча используется магнитное поле.

Иногда, например в приёмных телевизионных трубках — кинескопах, ис-

пользуется также комбинированное управление лучом: электростатическая фокусировка и магнитное отклонение луча.

Под длительностью послесвечения экрана обычно понимают время, в те-

чение которого яркость экрана после удаления луча уменьшается до 1% от первоначальной.

По длительности послесвечения различают:

— электронно-лучевые трубки с коротким послесвечением — от 10-5 до 10-2 с;

— электронно-лучевые трубки со средним послесвечением — от 10-2 до 10-1 с;

— электронно-лучевые трубки с длительным послесвечением — от 10-1 до 15 с;

— электронно-лучевые трубки с очень длительным послесвечением — свыше 15 с.

Трубки с длительным послесвечением часто используют в радиолокаци- онной технике, поскольку период смены изображений в радиолокационных ин- дикаторах может достигать десятков секунд и более.

У большинства телевизионных кинескопов короткое и среднее время по-

Содержание

Для понимания устройства и принципа действия электронного осциллографа необходимо ознакомиться с функциональным назначением следующих его узлов: электронно-лучевой трубки, источника питания, электронных усилителей, генератора развертки, входного устройства, цепей синхронизации и гашения луча.

Второй анод располагается непосредственно за первым. На него подают более высокое (1-5 кВ), чем на первый анод, положительное напряжение. Внутренняя поверхность стеклянного баллона трубки обычно покрывается проводящим слоем (акванг) и называется третьим анодом (A₃), который соединяется со вторым. Регулируя потенциалы анодов, можно изменять сходимость электронного пучка и добиваться наилучшей фокусировки пятна на экране.

Систему электродов катод-модулятор-аноды называют электронной пушкой. Физические принципы управления электронным пучком с помощью электронной пушки как электронно-оптической системы более подробно описаны в учебной литературе (2).