3. Основные характеристики и параметры экранов

Экраны электронно-лучевых трубок покрывают веществами, способными светиться при бомбардировке электронным лучом. Процесс свечения, вызываемого попаданием электронов с достаточно большой энергией, называется катодолюминесценцией, а вещества, обладающие этой способностью, - люминофорами. Экран состоит из ровного, тонкого слоя измельчённого люминофора, нанесенного с помощью связующих веществ на стеклянную торцовую поверхность трубки. В настоящее время известно большое число люминофоров, которые могут использоваться в экранах электронно-лучевых трубок. Это сульфиды цинка и кадмия, силикат цинка (виллемит), вольфрамат кальция и др. Для повышения эффективности, а также для изменения цвета свечения люминофоры активируют небольшим количеством меди, марганца, серебра или других металлов.

Вещество люминофоров представляет собой кристаллы диэлектрика. Дефекты кристаллической решётки, а также атомы примесей образуют две системы локальных уровней, одна из которых располагается вблизи гоны проводимости, а другая - на небольшом расстоянии от зоны валентных электронов. При бомбардировке люминофора электронным пучком первичные электроны передают энергию электронам валентной зоны. Некоторые из этих электронов получают такую энергию, что выходят из кристалла (наблюдается вторичная эмиссия электронов). Другие возбуждённые электроны попадают в зону проводимости. Вследствие теплового движения эти электроны очень быстро опускаются к нижнему краю зоны, а затем, переходя на нижнюю систему локальных уровней, испускают кванты света. Часть же электронов переходит на систему верхних локальных уровней (уровни прилипания или электронные ловушки), на которых время жизни их велико. Впоследствии они также переходят вниз, испуская кванты света, однако этот процесс наблюдается уже после прекращения воздействия электронным лучом, что и обуславливает послесвечение экрана.

Основным параметром экрана является его световая отдача, показывающая, какая сила света испускается экраном при затрате мощности пучка в один Ватт:

(5.5)

Яркость свечения люминофора зависит от плотности тока пучка jи потенциала экрана (энергии электронов, падающих на экран) согласно следующей эмпирической формуле:

(5.6)

Здесь А, m иU₃₀ - константы, характеризующие люминофор . Обычно показатель степениm лежит в пределах от 1,5 до 2. ПостояннаяU₃₀ называется мёртвым потенциалом; она даёт значениенаименьшей энергии электронов, при которой возможно возбуждение люминесценции. Для технических люминофоров эта величина лежит в пределах от нескольких десятков до 300В.

Другими важными параметрами экрана являются цвет и длительность послесвечения. Для визуального наблюдения осциллограмм используют люминофор, имеющий жёлто-зелёный цвет свечения, соответствующий наибольшей чувствительности человеческого глаза.

Для фотографирования осциллограмм применяются люминофоры с синим или голубым свечением. Для создания телевизионного изображения в чёрно-белом телевидении нужен белый цвет свечения экрана.

Длительностью послесвечения называется измеряемое от момента выключения луча время, в течение которого яркость, свечения уменьшается в 100 раз. Длительность послесвечения люминофоров лежит в пределах от микросекунд до 20с.

В

Рис.5.5. Зависимость коэффициента вторичной эмиссии от ускоряющего напряжения

о время работы осциллографической трубкой на её экран непрерывно поступает поток электронов. Отвод электронов от экрана происходит, главным образом за счёт вторичной эмиссии, так как проводимость люминофора очень мала. Коэффициент вторичной эмиссии люминофора при этом должен быть не менее единицы (σ≥1). На рис.5.5показана типичная зависимость коэффициента вторичной эмиссии люминофора от ускоряющего напряжения. ЕслиU_кр1<U_a2<U_кр2, требование σ≥1 выполняется, и потенциал экрана в этом случае примерно равенU_a2.

Для того, чтобы облегчить отвод вторичных электронов от экрана, внутренняя поверхность баллона трубки от экрана до 2-го анода часто покрывается коллоидным раствором графита - аквадагом, создающим проводящий слой. Этот слой устраняет также накопление зарядов на стекле, которые могут исказить распределение поля в трубке и нарушить её нормальную работу.

Если же U_a2>U_кр2, σ<1 и потенциал экрана быстро снижается до величиныU_кр2 следовательно, энергия электронов, бомбардирующих экран, не может превышать величину еU_кр2. Чтобы повысить энергию электронов до величиныeU_а2, в таком случае экран покрывают тонким (прозрачным для электронов) слоем алюминия и соединяют его со вторым анодом. Алюминирование экрана повышает также его светоотдачу за счёт отражения света алюминиевой плёнкой.