Электронный прожектор, используемый в кинескопах, строит- ' с.я по трехлинзовой схеме (см. рис. 12.4, б). Первый анод имеет больший диаметр, чем рядом расположенные ускоряющий элект- 1
род и второй анод. Благодаря такой конструкции ток первого~
анода близок к нулю, что не изменяет фокусировку электронного J
луча при регулировании напряжения на модуляторе. Примене-:
ние промежуточного (первого) ускоряющего электрода с потен-'
циалом 200... 600 В позволяет иметь относительно небольшие от рицательные запирающие напряжения. Окончательные ускоряю
щие напряжения в кинескопах достигают 15... 20 кВ, что нар.яду с
использованием алюминированных экранов позволяет получать
высокие .яркости изображений. Наличие алюминиевой пленки надежно предохраняет люминофор от бомбардировки отрицатель- ' ными ионами, образующимися внутри трубки.
В качестве покрытия экранов в кинескопах обычно исполь
зуют механическую смесь желтого (цинк-кадмиевый сульфид с примесью серебра) и голубого (сульфид цинка, активированный серебром) люминофоров. Эти люминофоры позволяют получать световую отдачу не менее нескольких кд/Вт; .яркость свечения не
менее 30.. .40 кд/м2 при ускоряющем напряжении 10...20 кВ;
длительность свечения менее 0,02 с; разрешающую способность· на кадр не менее 700... 800 строк.
Отклоняющие системы кинескопов должны иметь высокую
степень линейности отклонения (т. е. отсутствие искажений по
всему экрану с предельным углом отклонения в 110°). Использова- ·:
ние угла отклонения 110° уменьшает длину кинескопа в 1,5 раза·:
по сравнению с углом отклонения в 70°. Эти требования реализу ются за счет применения магнитной отклоняющей системы, кото- :
рая содержит четыре катушки без ферромагнитных сердечников с
последовательно складывающимися магнитными потоками. Вер- .тикально-отклон.я:ющие катушки (кадровые) и горизонтально-от
клоняющие (строчные) совмещены в пространстве, что позволяет
получить компактную конструкцию отклоняющей системы.
Колба кинескопа определяет многие эксплуатационные харак
теристики трубки. Давление окружающего воздуха на экран со- ..
ставл.яет ~ 105 Па, поэтому для обеспечения высокой механиче-'
ской прочности и в целях безопасности экран выполняете.я: выпук- ,
лой формы из стекла толщиной до 10 мм. Применение толстыхj
экранов хот.я и уменьшает .яркость свечения, однако существен-:j но снижает .яркость ореолов, которые сильно влияют на качест-'
во изображения.
Глава 12. Электронно-лучевые приборы
353
Для подачи высокого напряжения на второй анод про;жекто ра внутреннюю поверхность колбы покрывают аквадагом (прово дящим графитовым слоем). Наружная поверхность трубок в ши рокой части часто (при Иа> 10 кВ) тоже покрывается аквадагом. Внутреннее и внешнее покрытия электрически изолированы и образуют конденсатор фильтра высоковольтного выпрямителя.
Цветные кинескопы. Для воспроизведения цветного изобра
жения в телевидении применяются системы, построенные на
основе теории трехкомпонентного смешения синего, зеленого и
красного цветов. В соответствии с этой системой ЭЛТ в цветном
телевидении должны воспроизводить сигналы, несущие всю не
обходимую информацию о трех основных цветах, присутствую щих в объекте, изображение которого должно быть передано.
Каждому цвету должен соответствовать свой сигнал, который уп равляет .яркостью свечения элементов экрана. Практическое рас
пространение получили кинескопы с теневыми масками и моза
и~ными трехкомпонентными экранами. Эти кинескопы. имеют
тРи прожектора с осями, расnоложенными или в вершинах рав
расположение), или на одной линии в плоскости (планарное рас
положение) (рис. 12.10). В первом случае используете.я мозаич
ный экран, у которого зерна трех цветов люминофора, светя
щиеся красным, синим и зеленым цветом, образуют смежные
дельтавидные триады 11; во втором применяете.я линейчатый
экран, у которого зерна люминофора в виде узких полос 12
красного, синего и зеленого цветов свечения располагаются по
следовательно и перпендикулярно строкам телевизионного изо
бражения (см. рис. 12.10).
10
2~~оЕ----+-~~
11 12
9
Рис. 12.10
12 - 6779
354
Раздел 3. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
Принцип получения цветного изображения заключается в следующем. Три прожектора (1, 2, 3) с электростатической фо
кусировкой создают три независимо управляемых электронных
луча (4, 5, 6). За счет наклона и/или специальной сводящей системы 1О все три луча пересекаются в точках, расположен ных в одной плоскости, в которой размещается теневая маска 7
(в виде тонкой металлической пласт,ины толщиной - 0,15 мм, имеющей (3 ... 6)105 отверстий диаметром 0,25 мм). За маской на
расстоянии - 12 мм устанавливается либо мозаичный, либо ли
нейчатый экран 8. Система сведения устроена так, что луч каж дого прожектора будет возбуждать свечение только одного цве та при любом угле отклонения. Отклонение всех трех лучей по строкам осуществляется одновременно одной и той же магнит ной отклоняющей системой 9. Вне зависимости от угла откло
нения все три луча пересекаются в плоскости маски и проходят
через одно отверстие, возбуждая свечение определенного цвета,
что обеспечивает правильное воспроизведение цветов. Для све
дения лучей в одну точку при больших углах отклонения в пре
делах маски используется электрическая коррекция простран
ственного положения лучей с помощью динамической сводя щей системы, состоящей либо из электростатической линзы, либо из трех магнитов 10, располагаемых снаружи и смещаю
щих лучи в радиальном направлении. На магнитопроводах сво
дящих магнитов располагают специальные катушки, через ко
торые пропускают ток, пульсирующий с частотой строчной и
кадровой разверток. Если для сведения используется электро
статическая линза, то к ее электродам подводятся потенциалы,
синхронизированные с кадровой и строчной развертками.
При планарном расположении прожекторов за счет использо
вания определенным образом сформированных пространствен
ных распределений горизонтально и вертикально отклоняющих
полей удается получить хорошее сведение лучей по всему экра ну, т. е. обеспечить самосведение электронных лучей. Для фор мирования нужных распределений магнитных полей использу ется специальная отклоняющая система. Такие кинескопы с
планарным расположением прожекторов и самосведением лучей удобны и надежны в эксплуатации.
Более простая процедура сведения лучей является существен
ным достоинством кинескопов с планарным расположением про
жекторов, однако они сложнее в производстве и требуют большей
точности изготовления и сборки отдельных узлов трубки.
Глава 12. Электронно-лучевые приборы
355
Чем сильнее различаются размеры зерен и лучей, тем лучше
цветоделение. Однако с увеличением разности поперечных раз
меров зерен и лучей снижается яркость, увеличивается шаг ма ски и уменьшаются размеры отверстий, что приводит :к потере
части электронов, ухудшению разрешающей способности и т. д.,
поэтому при :конструировании трубки приходится осуществлять
многопараметричес:кую оптимизацию.
Запоминающие трубки. Предназначены для записи на ди
электрическом экране или специальной мишени сигналов с воспроизведением (считыванием) их через некоторый интервал времени в электрической, оптической или той и другой формах. Применяются запоминающие трубки в индикаторах РЛС, теле видении, автоматизированных системах управления, в устрой ствах отображения информации ЭВМ, для исследования одно
кратных и медленно протекающих процессов и в ряде других
областей.
Запоминающие трубки используют двойное преобразование информации: первое преобразование - запись ннформацнн, вто рое - счнтыванне, или воспронзведенне ннформацнн. При необхо димости, :кроме записи и считывания, в запоминающих труб ках может использоваться и стирание информации. Время хра нения информации - от долей секунды до нескольких дней.
Принцип действия этих приборов основан на использовании
зависимости потенциала диэлектрического экрана (мишени) от
энергии бомбардирующих его электронов. Для создания потен
циального рельефа чаще всего используют вторичную электрон
ную эмиссию. Запись и считывание осуществляется с помощью электронного луча. Энергия электронов, взаимодействующих с
мишенью и определяющая :коэффициент вторичной эмиссии, за висит от потенциала той точки мишени, :куда попадет луч. Для
диэлектрической поверхности этот потенциал может существен
но отличаться от потенциала анода прожектора. В результате в различных точках мишени :коэффициент вторичной эмиссии cr
может быть :как больше единицы, так и меньше. Это приводит :к
тому, что одни участки мишени будут заряжаться положитель
но, а другие отрицательно. На поверхности мишени формирует е.я потенциальный рельеф. Существует несколько способов обра
зования потенциального рельефа, реализуемых в различных ти пах запоминающих трубок.
12'
356
Раздел 3. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
7
6
5
4
3
2
1
+100 ... 200 в
-(1,5 ...2) кВ
Рис. 12.11
Запоминающая трубка с барьерной сеткой является одним из наиболее распространенных типов электронно-лучевых при
боров. Устройство трубки показано на рис. 12.11. Трубка содер~
диэлектрическую мишень 6, :которая покрыта с одной стороны
металлической пленкой (сигнальная пластина) 7. Барьерная сетка располагается на расстоя_нии ~ 0,1 мм от поверхности ми
шени.
Сигнальная пластина-диэлектрик-поверхность мишени образуют структуру, по своим свойствам подобную конденсато
ру, состоящему из множества элементарных конденсаторов.
При отсутствии сигнала электронный луч 8 будет выбивать с
любой точки мишени одинаковое количество вторичных элект
ронов, собираемых коллектором 4. Мишень приобретает одина ковый во всех точках равновесный потенциал, близкий к потен
циалу коллектора.
При подаче на сигнальную пластину входной информации и одновременной развертке поверхности мишени электронным лучом с неизменным током элементы мишени приобретут но вые равновесные потенциалы. Однако заряд, накапливаемый
элементами мишени, зависит от величины входного сигнала.
В результате на поверхности мишени относительно сигнальной
пластины создается потенциальный рельеф. Рассмотрим этот процесс более подробно.
Глава 12. Электронно-лучевые приборы
357
Если в некоторый момент времени на сигнальную пластину 7 подать положительное напряжение сигнала Ис, то потенциал барьерной сетки относительно мишени становится отрицатель ным, что будет препятствовать уходу некоторой части вторич ных электронов на коллектор. Потенциал элемента мишени, куда попадает электронный луч, понижается по сравнению с равновесным значением. Этот элемент приобретает новый по тенциал, величина которого отличается от равновесного на Ис, т. е. мгновенное напряжение сигнала Ис оказывается «записан ным» на определенном элементе мишени. Если Ис изменяется во
времени, то другим значениям напряжений сигнала будут соот ветствовать иные элементы мишени, где находится луч. Каждый
элемент окажется .заряженным до определенного зш~.чения, т. е.
входной сигнал, изменяющийся во времени, наносится на поверх
ность мишени в виде пространственного потенциального рельефа.
Одновременно с записью происходит повторение сигнала на резис
торе Rн в цепи коллектора.
Считывание записанного сигнала производится при повтор ной развертке луча и отсутствии сигнала. Элементы мишени
разряжаются по цепи «электронный луч (8) - земля - сиг
нальная пластина (7)» до значения равновесного потенциала, и ток в указанной цепи и цепи коллектора будет промодулирован по закону сигнала. Если при считывании на пластину поступает
новый сигнал, элементы мишени заряжаются до напряжения,
равного разности записанного и нового потенциалов, т. е. про
исходит вычитание сигналов. В силу сказанного такие трубки
называют также вычитающнмн. В рассмотренном случае запись и
считывание разнесены во времени. Записанная информация мо
жет сохраняться в виде потенциального рельефа на мишени, а за
тем по необходимости считы-
ваться.
1
2
3
4
5
6
Графекон. Такой тип за поминающих трубок с дву
мя электронными прожек
торами 1 и 6 (рис. 12.12)
применяется в радиолокации
ителевидении. Прожектор 1
предназначен для записи, про
жектор 6 - для считывания
информации с диэлектриче-
Рис. 12.12
358
Раздел З. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
ской мишени. Электронные прожекторы размещены по разные стороны мишени, причем прожектор 1 располагаете.я со сторо
ны сигнальной пластины 3 и барьерной сетки 2.
Напряжение сигнала подается на управляющий электрод за писывающего прожектора и модулирует электронный луч по плотности. Электроны записывающего луча ускоряются высо кими положительными потенциалами (- 10 кВ). Они легко про низывают сигнальную пластину и глубоко проникают в слой диэлектрика мишени 4, изменяя его проводимость. В месте на хождения пучка потенциал поверхности мишени 4 снижается и при больших токах луча приближается к потенциалу сигнальной
пластины, на которую подаете.я отрицательное относительно кол
лектора напряжение в несколько десятков В. Поскольку плот
ность электронного луча модулирована по закону сигнала, она
приводит к различному изменению потенциала элементов мише
ни, т. е. на поверхности мишени создается потенциальный рель еф, максимальна.я глубина которого определяется разностью по тенциалов между сигнальной пластиной и коллектором 5. Боль шая глубина потенциального рельефа позволяет осуществлять
многократное считывание.
При считывании немодулированный луч с энергией - 1 кэВ
движете.я по мишени и вызывает вторичную эмиссию с коэф
поверхностью мишени, и в цепи сигнальной пластины протека
ют токи, которые создают на резисторе Rн напряжение, воспро
изводящее сигнал.
Поскольку энергия считывающего луча много меньше, чем записывающего, характеристики потенциального рельефа из
меняются незначительно и лишь на небольшой глубине, что по
зволяет считывать сигнал до нескольких сотен раз.
Запоминающие трубки с накоплением заряда, используемые
в радиолокации, позволяют достаточно эффективно выделять
сигнал на фоне помех. Сигнал многократно записывается на од
них и тех же элементах мишени, и происходит накопление на
пряжения сигнала на фоне случайного сигнала помехи.
Существует разновидность запоминающих трубок для вос произведения информации в виде изображения на люминесцент ном экране. Это так называемые запоминающие трубки с видимым
Глава 12. Электронно-лучевые приборы
359
изображением. По своим функци-
2 3 5 б 7
89
ям они аналогичны осциллографи-
1
ческим радиолокационным трубкам
и кинескопам, но в отличие от них
могут длительное время сохранять
информацию.
Электронно-оптические преобра
Рис. 12 ..13
зователи (ЭОП). Этот тип электрова-
куумных приборов предназначен для преобразования спектраль
ного состава излучения и усиления яркости изображения. ЭОП
применяются для преобразования изображений из инфракрасно
го диапазона в видимый (приборы ночного видения), для изуче
ния быстропротекающих излучательных процессов, в качестве усилителей яркости: в телевидении, для скоростной киносъемки быстропротекающих процессов, для наблюдения слабоосвещен ных и слабоизлучающих предметов, преобразования изображе ния из одной области спектра в другую (астрономия, медицина, радиоспектроскопия и спектроскопия и т. д.).
В ЭОП происходит двойное преобразование изображения
объекта 4 (рис. 12.13). Сначала на фотокатоде 2 оптическое изображение 1 трансформируется в электронное 3, последнее с
помощью электронных потоков 5, управляемых электронными
линзами 6, переносится через вакуумн:ое пространство 7 на лю минофорный экран 9, где из электронного изображения 8 пре
образуется вновь в видимое изображение 1О, но уже с другим
спектральным составом.
Описанный однокамерный ЭОП усиливает яркость изображе ния в несколько десятков раз и имеет разрешение (разрешающую способность) 25 штрихов/мм. Разрешение - это параметр ЭОП,
который оценивается наибольшим числом чередующихся свет
лых и темных линий (штрихов) на 1 мм изображения в центре фотокатода, видных раздельно при оптимальной для наблюдате
ля яркости и достаточном увеличении. Единицей разрешения яв
ляется пара 'линий/мм. Электронные линзы уменьшают элек тронное изображение, что позволяет увеличивать яркость.
Для увеличения яркости используются многокамерные ЭОП,
которые представляют собой соединения нескольких однока
мерных ЭОП в одном вакуумном объеме. На рис. 12.14 схема тично представлен трехкамерный ЭОП, где камеры обозначены
цифрами 1, 2, 3.
360
Раздел 3. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ
1
2
3
Рис. 12.14
Все шире применяются канальные ЭОП, в которых каскад
усиления выполнен на микроканальной пластине. Микрока нальная пластина толщиной 0,5 ... 1,5 мм содержит большое ко личество параллельных отверстий (трубок, каналов), каждое из
которых по существу является элементарным фотоэлектрон
9.Принципы работы, параметры и характеристики у:ерно-бе
лых и цветных кинескопов.
10. Электронно-оптические преобразователи: устройство, прин ципы работы, параметры и характеристики.
Глава 13
ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ СВЧ
С ДИНАМИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ И ПРОДОЛЬНЫМ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ - ПРИБОРЫ ТИПА О
13.1. Общие сведения
В лампах, рассмотренных в предьщущих разделах, использу
ете.я электростатическое управление электронным потоком, ко
торое возможно на сравнительно низких частотах, где врем.я про
лета электронов между электродами лампы много меньше пери
ода колебаний, поэтому можно считать, что каждый электрон
будет перемещаться в статическом электрическом поле. В этих
условиях переменное напряжение на управляющих электродах
лампы будет вызывать синфазное изменение плотности элек
тронного потока. В СВЧ-диапазоне (частоты от 300 МГц до 3000 ГГц, длины волн от 1 м до О,1 мм) врем.я пролета электронов
между электродами оказываете.я порядка или даже много больше периода колебаний. Кроме того, индуктивности выводов, между электродные емкости и СВЧ-потери в металле электродов, мате
риале баллона и изоляторах также сильно про.являются в этом
диапазоне частоты. Все это ухудшает характеристики приборов. Указанных недостатков лишены элекrровануумные приборы СВЧ с
динамическим управлением электронным потоком, при котором вре
мя пролета может быть порядка и больше периода СВЧ-колеба-
