4 семестр (2 курс)лала / ЭП (Электронные приборы) / Учебное пособие М.С. Хандогин

В качестве примера можно привести генераторный триод ГИ-12Б. Модуляторные лампы предназначены для неискажённого усиления

низкочастотных (модулируемых) колебаний или для коммутации энергии в импульсных модуляторах. В зависимости от режима работы модуляторные лампы делят на лампы непрерывного действия и импульсные. Они работают при отрицательных напряжениях сетки, т.е. имеют «левые» анодно-сеточные характеристики, когда сеточных токов нет. Сетка у них редкая, статический коэффициент усиления мал.

Примером импульсной модуляторной лампы может служить тетрод ГМИ-2, имеющий

Ua max = 32кВ, импульсный анодный ток 110 А, Рa. доп = 900 Вт.

131

8.ПРИБОРЫ ДЛЯ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ

ИФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

8.1.Классификация приборов для отображения информации

Для визуального восприятия человеком определенной информации применяются средства отображения информации. Одной из основных частей таких средств является индикатор – прибор для преобразования электрического сигнала в пространственное распределение яркости. Свойства и характеристики индикаторов определяют информационную емкость, быстродействие, надежность и другие параметры средств отображения информации.

Наряду с традиционными электронно-лучевыми приборами в последние годы появился целый ряд дискретных индикаторов.

Преимуществами дискретных индикаторов является возможность непосредственной связи с вычислительными комплексами, практически необходимая точность воспроизведения информационных моделей, в том числе при совмещении нескольких изображений, экономичность, высокая надежность, простота сопряжения с микроэлектронной аппаратурой. Многообразие элементной базы индикаторной техники ставит серьезные проблемы перед разработчиками средств отображения информации при выборе конкретного индикатора, поскольку приходится учитывать не только технические требования, но и инженерно-психологические факторы.

Многообразие физических принципов и областей применения индикаторов нашло отображение в классификации:

–по принципу светоотдачи индикаторы разделяются на активные и пассивные;

–по физическим эффектам светоотдачи и светомодуляции – на накаливаемые, газоразрядные, жидкокристаллические и другие;

–по способу воспроизведения – на знакомодулирующие, знакогенерирующие и знакосинтезирующие.

В активных индикаторах для преобразования электрической энергии в световую применяются свечение накаленных тел в вакууме, низковольтная катодолюминесценция, излучение газового разряда, инжекционная электрВолюмпассивныхнесценцияиндикаторах. непосредственно под воздействием электрических информационных сигналов изменяются оптические показатели. Наибольшее распространениеполучилипассивныеиндикаторысмодуляциейпоинтенсивности.

Для модуляции светового потока используют ряд электрооптических эффектов в жидких кристаллах (жидкокристаллические), электрохромный эффект, при котором изменение цвета вещества вызывается электрическим полем и электрофорез, заключающийся в перемещении заряженных пигментных частиц под воздействием электрического поля.

Успехи в развитии оптоэлектроники позволили получить многие устройства и системы для передачи, приема, обработки, хранения и отображения информации. Устройства для отображения информации должны работать в видимом диапазоне спектра и учитывать особенности восприятия информации че-

132

ловеком. К этой группе приборов целесообразно отнести и фотоэлектрические приборы, которые регистрируют оптическое излучение.

На рис. 8.1 приведена шкала электромагнитных волн.

Рис. 8.1

Как видно из рисунка, оптическому диапазону соответствуют длины волн от 1 мм до 1 нм.

Современное состояние и перспективы развития приборов отображения информации будут освещены ниже при рассмотрении конкретных типов приборов.

Рассмотрим основные типы электронных приборов, используемых в качестве индикаторов.

Их можно классифицировать следующим образом:

–электронно-лучевые приборы;

–электронно-световые приборы;

–оптоэлектронные индикаторы.

133

8.2. Электронно-лучевые приборы

Электронно-лучевыми приборами называют такие электровакуумные приборы, в которых используется узкий направленный пучок электронов. Широкое распространение получили электронно-лучевые приборы, имеющие форму трубки, вытянутой по направлению луча.

Такие приборы называют электронно-лучевыми трубками.

Их используют при преобразовании электрического сигнала в видимое изображение, для хранения и считывания информации, а также для формирования и преобразования электрических сигналов.

По назначению электронно-лучевые приборы можно разделить на четыре основные группы:

–приборы, преобразующие электрический сигнал в видимое изображение (осциллографические трубки, трубки индикаторных устройств, кинескопы для приема телевизионных изображений, трубки дисплеев, выводящие информацию из ЭВМ);

–приборы, преобразующие оптическое изображение в электрический сигнал (передающие телевизионные трубки);

–приборы, преобразующие электрические сигналы в электрические (запоминающие трубки), позволяющие осуществлять запись, хранение и считывание электрических сигналов;

–приборы, преобразующие невидимое изображение в видимое (электронные микроскопы).

Общими элементами многочисленных электронно-лучевых приборов являются: электронный прожектор, необходимый для создания сфокусированного луча: отклоняющаяся система, экран, принимающий электронный луч. По способу фокусировки и отклонения электронно-лучевые приборы делятся на электростатические, магнитные и комбинированные.

Устройство электростатической трубки показано на рис. 8.2.

Втрубке создается высокий

аноды (А1 и А2), имеющие диафрагмы, способствующие формированию луча. Модулятор служит для управления интенсивностью луча и действует подобно сетке в вакуумном триоде. За ними располагается отклоняющаяся система, представляющая собой две пары (Y, X) взаимно перпендикулярно располо-

134

Первая линза состоит из катода К, модулятора М и анода А1. Вторая линза состоитизанодовА1 иА2 иобеспечивает собираниеэлектроновнаэкране.

Рассматриваемый четырехэлектродный (тетродный) прожектор имеет существенный недостаток – взаимное влияние регулирования яркости и фокусировки. Для уменьшения этой взаимной зависимости в более совершенных конструкциях (рис. 8.5) между модулятором и первым анодом помещают ускоряющий электрод У, который соединяется со вторым анодом. Этот электрод экранирует катод от первого анода, поэтому ток луча становится практически независимым от напряжения первого анода. Такой прожектор называется пентодным.

135

8.3. Электронный прожектор с магнитной фокусировкой

Устройство магнитной фокусирующей системы показано на рис.8.6. Она состоит из катода (К), модулятора (М), анода (А), короткой магнитной катушки (МК), располагаемой на горловине трубки. Модулятор и анод образуют короткофокусную линзу, предварительно фокусирующую электроны, выходящие из модулятора. Дальнейшая фокусировка осуществляется магнитной линзой, образованной неоднородным магнитным полем короткой катушки с индукцией В, по виткам которой проходит ток.

Рис. 8.6

Врезультате траектории электронов, пролетающих фокусирующее магнитное поле, отклоняются к оси, вследствие чего при выходе из катушки они идут сходящимся пучком и пересекаются в одной точке на оси трубки. Магнитная фокусирующая система имеет больший диаметр линзы по сравнению с электростатической системой. Это обеспечивает лучшее качество фокусировки и позволяет получить более мощный луч.

8.4.Типы отклоняющих систем электронно-лучевых трубок

Вэлектронно-лучевых трубках используются электростатическая и магнитная отклоняющие системы. С помощью отклоняющих систем осуществляется пространственное перемещение по экрану сфокусированного луча. Независимо от типа и конструктивных особенностей отклоняющие системы должны обладать высокой чувствительностью, т.е. отклонение луча на заданную величину (угла или линейного смещения в плоскости экрана) должно происходить при возможно малой величине напряжения или тока. Кроме этого, она не должна существенно нарушать фокусировку электронного луча, а отклонение луча должно быть пропорционально величине отклоняющего напряжения или тока. К отклоняющим системам в конкретных типах трубок предъявляют и другие специфические требования, например, обеспечивать большие углы отклонения при сохранении линейности и фокусировки, а в случае высокочастотных трубок иметь малые величины емкости, индуктивности, пролетного времени.

136

137

На расстоянии l2 от пластин электронный луч дополнительно отклонится от оси трубки на расстояние:

Полное отклонение луча на экране h будет равно h = y1 + y2 . В результате суммирования получим

Полученное выражение позволяет определить чувствительность отклоняющей системы h' , показывающую, на сколько миллиметров отклоняется луч на экране при изменении отклоняющего напряжения на 1 В:

Отсюда следует, что для повышения чувствительности трубки необходимо увеличивать длину пластин и расстояние от них до экрана, уменьшать расстояние между пластинами и применять меньшие напряжения на аноде трубки. Однако уменьшение расстояния между пластинами приводит к уменьшению предельного угла отклонения, а снижение напряжения Ua2

ухудшает яркость. Поэтому для повышения чувствительности трубки отклоняющие пластины выполняются с отогнутыми краями (рис.8.8, а, б, в).

138

напряжений большой частоты, малые габариты и незначительное потребление энергии.

Как недостаток следует отметить сильную зависимость чувствительности от напряжения второго анода Ua2 и малый (α ≤ 20o ) предельный угол отклонения.

Магнитная отклоняющая система

Для отклонения электронного луча магнитным полем используются отклоняющие системы, состоящие из катушек, обтекаемых током, расположенных на горловине трубки. Линейность и минимальные нарушения фокусировки возможны лишь при условии, что во всей области отклонения луча магнитное поле в любой момент времени достаточно близко к однородному. Так как требуется отклонение луча в двух взаимно перпендикулярных направлениях, магнитная отклоняющая система имеет четыре катушки, создающие примерно однородные взаимно перпендикулярные

При прохождении электрического тока через последовательно соединенные катушки между ними создаётся однородное магнитное поле, индукция В которого пропорциональна току I в катушках и числу витков n

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от магнитной проницаемости среды, формы катушек и расстояний между ними. Электронный луч на пути к экрану пересекает магнитное поле катушек и под действием этого поля отклоняется на угол, пропорциональный магнитодвижущий силе n I . Чувствительность трубки с магнитным отклонением определяется отношением отклонения пятна на экране в миллиметрах к магнитодвижущей силе в ампер-

Электрон пересекает магнитное поле катушки под прямым углом (рис. 8.9, б). Под действием возникающей силы Лоренца F = e V0 B электрон

движется по криволинейной траектории, радиус которой (r) определяется из ус-

139

ловий равенства ускорения, полученного за счет силы Лоренца и центростремительного ускорения:

также является постоянной величиной, т.е. движение электрона осуществляется по окружности.

Выйдя из магнитного поля, электрон движется по касательной, отклоняясь от центра экрана на расстояние h.

трубок с электростатическим отклонением ( Ua−1). Это объясняется тем, что при

магнитном отклонении сила, отклоняющая электрон, пропорциональна скорости и возрастает с ростом ускоряющего напряжения.

Чувствительность трубок с магнитным отклонением составляет несколько миллиметров на ампер-виток.

Предельный угол отклонения ( 2α =110°) у них выше, чем в трубках с электростатическим отклонением, что позволяет уменьшить длину трубки. Так как индуктивное сопротивление отклоняющих катушек значительно, частотный диапазон их ниже, чем в трубках с электростатической системой отклонения. Они работают на частотах до нескольких десятков килогерц (электростатические системы работают на частотах до нескольких мегагерц), потребляют большую мощность.

140