Тема 8. Электронно-лучевые и фотоэлектронные устройства и их промышленное применение.
Электронно-лучевые устройства, применяемые в промышленных технологиях
Кинескоп электронно-лучевой прибор, преобразующий электрические сигналы в световые. Широко применяется в устройстве телевизоров, до 1990-х годов использовались телевизоры исключительно на основе кинескопа.
Запоминающая электронно-лучевая трубка (также известная как трубка Уильямса, трубка Вильямса или трубка Уильямса — Килберна) —запоминающее устройство на основе электронно-лучевой трубки. Запоминающие трубки использовались в качестве памяти на некоторых ранних компьютерах. Информация выводится на экран посредством электронно-лучевая трубке - устройства, аналогичного тому, которое применяется в бытовых телевизорах. Экраны на электронно-лучевой трубке, часто называемые мониторами, на протяжении многих лет постоянно совершенствовались увеличивалась их контрастность и цветовая насыщенность.
Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) с электростатическим управлением, т. е. с фокусировкой и отклонением луча электрическим полем, называемые для краткости электростатическими трубками,особенно широко применяют в осциллографах.
Рис. 20.1. Принцип устройства (а) и условное графическое обозначение (б) электростатической электронно-лучевой трубки
ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ - электровакуумные или полупроводниковые приборы, преобразующие энергию электромагнитного излучения оптического диапазона в электрическую (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители, передающие электронно-лучевые приборы и др.) или преобразующие изображения в невидимых (инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских) лучах в видимые изображения (напр., электронно-оптические преобразователи).
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) представляет собой электровакуумный прибор, в котором электронный фотоэлемент дополнен устройством для усиления фототока за счет вторичной электронной эмиссии.
Рис. 22.6. Принцип устройства и работы ФЭУ
Фотоэлектронные умножители обладают малой инерционностью и могут работать на весьма высоких частотах. Их применяют для регистрации световых импульсов, следующих через наносекундные промежутки времени. Кроме того, ФЭУ применяются во многих областях науки и техники — в астрономии, фототелеграфии и телевидении, для измерения малых световых потоков, для спектрального анализа и т. д. В полупроводниковой электронике нет пока приборов, заменяющих ФЭУ.
Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) — это вакуумный фотоэлектронный прибор для преобразования невидимого глазом изображения объекта (в инфракрасном, ультрафиолетовом или рентгеновском спектре) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В ЭОП оптическое или рентгеновское изображение преобразуется с помощью фотокатода в электронное, а электронное - в видимое, получаемое на катодолюминесцентном экране. ЭОП широко используется в современных приборах ночного видения.
Какие фотоэлектронные приборы используются в промышленных системах полиграфии и дизайна.
В полиграфии для набора текста используются фотонаборные машины 3го поколение - это высокоскоростные установки с электронно-лучевой трубкой, не имеющие деталей, которые совершали бы механическое движение во время набора. В таких установках все знаки хранятся в форме шрифтовых комплектов в памяти компьютера. Когда они вызываются вводимой перфолентой или магнитной лентой, компьютер выводит их на экран монитора. С помощью оптической системы знаки моментально регистрируются на фотоматериале. Кегль шрифта регулируется электронными средствами, производительность может составлять от 100 до 10 000 знаков в секунду в зависимости от требуемого качества печати.
Фотоприемник предназначен для преобразования светового излучения в электрические сигналы. В качестве фотоприемников могут быть использованы фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, фотоумножители и другие элементы.
Фоторезистор - полупроводниковый элемент, изменяющий свое электрическое сопротивление под действием внешнего излучения.
Фотодиод - фоточувствительный полупроводниковый диод с р-n-переходом (между двумя типами полупроводника или между полупроводником и металлом).
Фотоэлемент - полупроводниковый фотодиод, оптимизированный для прямого преобразования излучения Солнца в электрическую энергию. Для их обозначения часто используются также термины «солнечные элементы», «солнечные батареи». Солнечные элементы работают только в фотогенераторном режиме, функционально выступая в качестве электрических источников питания. Фототранзисторы представляют собой тип дискретных опто-электронных фотоприемников, наиболее характерными чертами которого являются наличие механизма встроенного усиления (отсюда высокая фоточувствительность) и схемотехническая гибкость, обусловленная наличием третьего (правда, не всегда выводимого), управляющего электрода.
Видикон - электронно-лучевой прибор с фотопроводящей мишенью, преобразующий оптическое изображение в электрический сигнал. В качестве фотопроводящего слоя, обладающего внутренним фотоэффектом, используются кремний, окись свинца, селенид кадмия и др. Часто наименование прибора связано с химическим составом фотопроводящего слоя; например, видикон с фотопроводящим слоем на основе кремния (Si) назван кремниконом, на основе свинца (Pb) - плюмбиконом, на основе кадмия (Cd) – кадмиконом.
канистор представляет собой полупроводниковый преобразователь пространственного распределения светового потока в адекватную ему последовательность электрических сигналов (видеосигнал). Сканистор считается твердотельным аналогом передающего электронно-лучевого прибора, основанным на внутреннем фотоэффекте.
Фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ФПЗС) - это фотоприемник, воспринимающий изображение, осуществляющий его разложение на элементарные фрагменты, поэлементное электронное считывание (сканирование) и формирование на выходе видеосигнала, адекватного изображению. ФПЗС, являющийся многоэлементным фотоприемником, выпускается в матричном или линейном виде, достигая в наиболее современных образцах нескольких тысяч элементов для линеек и нескольких миллионов - для матриц. Лазер является источником излучения, у которого принцип действия и параметры излучаемого потока коренным образом отличаются от характеристик всех предшествующих источников, так что иногда их в оптоэлектронике называют «долазерными излучателями» .
Плазменные панели, люминисцентные экраны, лазеры и т.д.