2) . Экраны электронно-лучевых трубок

Пройдя отклоняющую систему, электроны попадают на экран электронно-лучевой трубки — тонкий слой люминофора, нанесенного на внутреннюю поверхность торцовой части баллона трубки путем осаждения из раствора или же распылением.

Люминофоры — это вещества, способные интенсивно светиться под воздействием бомбардирующих их электронов. Люминофоры обычно содержат основной материал и активатор. В качестве основного мате­риала используются окиси и сульфиды цинка, кремния, кадмия, маг­ния и др. К основному материалу в качестве активаторов добавляются доли процентов серебра, марганца или хрома. Люминофор должен обладать высоким коэффициентом полезного действия, высокой свето­вой отдачей, т. е. эффективно преобразовывать кинетическую энергию электронов в световое излучение. Люминофор также должен хорошо обезгаживаться, быть температуростойким, стабильно сохранять свои свойства и иметь достаточный срок службы. Важен цвет светового излучения и длительность послесвечения, т. е. время свечения люми­нофора по окончании возбуждения.

Яркость свечения В люминофора подчиняется закону Ленарда:

(5.44)

и зависит от плотности электронного луча j, разности потенциалов U между катодом и экраном и некоторого наименьшего потенциала U₀ при котором начинается люминесценция экрана. Коэффициент А и показатель степени n, изменяющийся в пределах от 1 до 3, зависят от свойств люминофора. Величина U₀ для различных люминофоров колеблется от 10 до нескольких сотен вольт. Отсутствие люминесцен­ции при потенциалах, меньших U₀, объясняется недостаточной энер­гией электронов, которые, задерживаясь в поверхностных слоях люминофора, не возбуждают его атомов и образуют отрицательный заряд.

Светоотдача.

Электроны луча, ударяясь об экран, возбуждают атомы люминофора, вызывая их свечение. Однако не вся кинетическая энергия превращается в энергию видимого излучения. Значительная ее часть затрачивается на нагревание экрана, вторичную эмиссию электронов и излучение в невидимой части спектра. Коэффициент полезного действия люминофора, равный отношению энергии излуче­ния в видимой части спектра к мощности, затраченной на возбуждение, называют световой отдачей люминофора. Энергию видимого излучения обычно определяют по величине светового потока или силе света, а светоотдачу измеряют св/вт. Для люминофоров электронно-лучевых трубок светоотдача колеблется от 0,1 до 10 cв/вт. Она возрастает с увеличением кинетической энергии электронов, и поэтому для сравне­ния различных люминофоров световую отдачу измеряют при опреде­ленном значении ускоряющего напряжения.

Практика показывает, что при длительной бомбардировке экрана интенсивным потоком электронов уменьшается его светоотдача. Уменьшение светоотдачи в некоторых пределах обратимо, поскольку через некоторое время после прекращения бомбардировки экрана он может полностью восстановить свои первоначальные свойства. Это явление называется «утомлением» экрана. Если время интенсивной бомбарди­ровки было очень длительным, то процесс снижения светоотдачи может оказаться необратимым и произойдет «выгорание» экрана, т. е. его разрушение.

Длительность послесвечения. Кинетическая энергия возбуждающих экран электронов превращается в энергию видимого излучения не мгновенно, а в течение достаточно малого, но конечного отрезка вре­мени, измеряемого долями микросекунд. Уменьшение яркости свече­ния люминофора по окончании возбуждения происходит по экспонен­циальному закону, причем показатель степени экспоненты зависит от физико-химических свойств люминофора. Время, в течение которого яркость свечения уменьшается до 1—2% от максимального значения, называется временем послесвечения экрана. Все экраны разделяются на экраны с очень коротким (<10^-5 сек), коротким (10^-5–10^-2 сек), средним (10^-2–10^-1 сек), длительным (10^-1–16 сек) и очень длительным (>16 сек) послесвечением. Трубки с коротким послесвечением широко применяются для приема телевизионных сигналов и для осциллографирования. В радиолокационных индикаторах обычно используются трубки с длительным послесвечением.

Потенциал экрана. Люминофоры, — как правило, изоляторы, и отвести заряд с их поверхности можно только за счет отбора электро­нов вторичной эмиссии с экрана. Для этого стенки баллона трубки вблизи экрана покрываются токопроводящим слоем — аквадагом, который внутри баллона соединяется со вторым анодом.

От величины вторичной эмиссии с экрана зависит также потен­циал экрана. Как видно из кривой зависимости коэффициента вторич­ной эмиссии от ускоряющего напряжения (рис.5.23,а), типичной для изоляторов, при небольших величинах ускоряющего потенциала (участок OA) σ < 1. На поверхности экрана скапливаются электроны, и его потенциал при любых ускоряющих напряжениях в интервале O – U_a2’ стремится к потенциалу анода. При дальнейшем увеличении ускоряющего напря­жения (участок АБ) коэффициент вторичной эмиссии больше единицы, и потенциал экра­на в любой точке кривой равен потенциалу второго анода.

Рис.5.23. Кривые изменения коэффициента вторичной эмиссии с экрана трубки (а) и потенциала экрана (б) в зависимости от напряжения на втором аноде.

В самом деле, если напряжение на втором аноде равно U_a2i, а потенциал экрана U_э<U_a2i, то поле между экраном и анодом бу­дет ускоряющим для вторичных электронов. Почти все они уйдут на второй анод, и U_э увеличится. Если же U_э>U_a2i, то поле между экраном и вторым анодом тормозит вторичные электроны; часть из них возвра­щается на экран, и потенциал U_э уменьшается.

При U_э=U_a2i наступает динамическое равновесие: на второй анод уходит лишь часть вторичных электронов, равная числу первич­ных электронов; остальные вторичные элек­троны возвращаются на экран.

Потенциал U_а2’’ (точка В на рис.5.23, б) — предельное значение потенциала экрана.

Если U_a2>U_а2’’, то коэффициент вторичной эмиссии становится меньше единицы, а потенци­ал экрана, снижаясь, стремится к величине U_а2’’.

Сложные экраны. Для получения длительного послесвечения при­меняются двухслойные экраны (рис.5.24, а). На стекло трубки нано­сится вначале слой люминофора с желтым цветом свечения и дли­тельным послесвечением, который сверху покрывается слоем люмино­фора с коротким послесвечением синего цвета. Бомбардируя экран, электроны возбуждают атомы первого слоя люминофора и вызывают свечение синего цвета. Свечение первого слоя люминофора возбуж­дает свечение во втором слое, причем длительность послесвечения второго слоя люминофора при таком световом возбуждении зависит от толщины первого слоя и, как правило, значительно больше, чем при возбуждении непосредственно электронами луча.

а — с двойным слоем люми­нофора (с длительным после­свечением): б — с алюминие­вой подложкой; 1 — стекло; 2 — люминофор с длитель­ным послесвечением желтого цвета; 3 — люминофор с ко­ротким послесвечением сине­го цвета; 4 — люминофор; 5 — алюминий.

Билет 10

1) Требования к источникам электронов. Формирование изображения

2) Осциллографические трубки и кинескопы

Ответ: