Электронно-оптические системы электронно-лучевых приборов

Существует много типов различных электронно-лучевых приборов, важнейшими из которых являются:

приемные электронно-лучевые трубки – кинескопы;

осциллографические и радиолокационные трубки;

запоминающие электронно-лучевые трубки (потенциалоскопы);

передающие телевизионные приборы – иконоскопы, супериконоскопы, ортиконы, суперортиконы, видиконы;

электроннооптические преобразователи и усилители яркостиизображения;

электронно-лучевые индикаторы;

электронные микроскопы.

Несмотря на многообразие типов электронно-лучевых приборов в нихможно выделить ряд общих элементов. Этими элементами являются:

баллон (оболочка прибора);

источник электронов – катод, который может иметь самыеразличные конструкции и работать на основе термо-, фото- илиавтоэлектронной эмиссии;

фокусирующее устройство, служащее для получения электронныхпучков требуемой конфигурации и интенсивности;

отклоняющее устройство, позволяющее изменять нужным образомнаправление сфокусированных электронных потоков;

приемник электронного пучка, который в обычных электронно- лучевых приборах и является тем элементом, где привзаимодействии с электронами пучка происходит основной эффект, на который рассчитан прибор.

В качестве фокусирующих устройств могут быть использованы с учетомтребований к прибору описанные выше электростатические или магнитныелинзы и их комбинации. Но отдельные линзы для фокусировки электронныхпучков в электронно-лучевых приборах не используются.

Дело в том, что к электронному лучу в приборе предъявляются рядтребований:

электронный пучок должен иметь минимальное поперечное сечение;

плотность тока пучка должна быть достаточно высокой;

должна быть возможность плавно регулировать величину тока впучке в широких пределах;

пучок должен не расфокусироваться при инерционном движении отфокусирующей системы до экрана.

Выполнение этих требований с использованием только однойэлектронной линзы оказывается практически невозможным. Действительно, катодная линза, создавая сечение минимальных размеров, являетсякороткофокусной и после ее прохождения пучок быстро расходится.

Применение только длиннофокусной линзы, например одиночной, позволитполучить на экране изображение источника электронов, которое придостаточно большой силе тока в пучке имеет большие размеры. Поэтомуобычно применяют электронно-оптические системы, состоящие из двух илиболее линз.

7. Приемные электронно-лучевые трубки

Осциллографические трубки предназначены для графическоговоспроизведения электрического сигнала. Типичная схема прибора показанана рис. 3.16.

Электронно-оптическая система чаще всего построена по двухлинзовойсхеме. Первая линза – короткофокусный иммерсионный объектив – формирует кроссовер, изображение которого переносится на экранодиночной линзой, образуемой ускоряющим электродом и анодами а₁и а₂.Отклоняющая система образована двумя парами однократно изломанныхпластин.

Рис. 3.16. Схема осциллографической трубки

Обычночувствительность отклоняющей системы составляет 0,3 – 0,6 мм/В. Цветсечения экрана выбирают в зависимости от его назначения: зеленый (Zn₂SiO₄ – Mn) для непосредственного наблюдения, синий (ZnS – Ag) дляфотографирования. Токопроводящее внутреннее графитовое покрытиеслужит для сбора вторичных электронов. Для увеличения яркости свеченияэкрана без потери в чувствительности отклонения в трубках применяютускорение электронов после их отклонения (послеускорение) с помощьюанода А₃. Для одновременного исследования несколькихбыстропротекающих процессов применяются многолучевыеосциллографические трубки, имеющие от 2 до 5 отдельных электронно-оптических систем.

Осциллографические трубки с радиальным отклонением отличаются отрассмотренных выше радиальной разверткой луча. Для получения такойразвертки на обе пары отклоняющих пластин подаются синусоидальныенапряжения, сдвинутые по фазе на 90о. Существует 2 варианта трубок срадиальной разверткой (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Трубки с радиальной разверткой

В первом случае (рис. 3.17,а) исследуемое напряжение подводится кметаллическому стержню, впаянному в центр экрана, что вызываетрадиальное отклонение луча, описывающего круговую траекторию. В другомварианте трубки (рис. 3.17,б) за отклоняющей системой расположены дваусеченных соосных конуса, к обкладкам которых подводится исследуемыйсигнал, вызывающий смещение луча в радиальном направлении.

В радиолокационных трубках с яркостной модуляцией пучка, кромекруговой развертки, применяется перемещение луча в радиальномнаправлении линейно во времени. В отсутствии сигнала трубка запертаотрицательным напряжением модулятора. Отраженный от цели сигнал послеусиления поступает на модулятор, отпирает луч и на линии разверткипоявляется яркое светящееся пятно.

Черно-белые кинескопы используют электростатическую фокусировкуи магнитное отклонение луча. Электронно-оптическая система – трехлинзовая, включает в себя иммерсионный объектив, иммерсионную иодиночную линзы (рис. 3.18).

Рис.3.18.Черно-белый кинескоп

Электрический сигнал поступает в прибор через цепь катод – модулятор. В приборе осуществляется непрерывная построчная разверткалуча (625 строк). Максимальный угол отклонения луча составляет 110^о.

Кинескопы цветного телевидения имеют две разновидности – сдельтообразной ЭОС и мозаичным экраном или с планарной ЭОС илинейчатым экраном. Кинескоп с теневой маской и точечным экраном имеетлюминесцентное покрытие из серии триад люминофоров красного, синего изеленого цвета. Перед экраном на расстоянии 10 мм располагаетсяцветоделительная маска, которая обеспечивает прохождение лучей только на"свои" точки люминографа и представляют собой фольгу с отверстиями, количество которых равно числу триад на экране (500000). Принципцветоделения ясен из рис. 3.19.

Рис. 3.19. Цветной кинескоп (принцип цветоделения)

Электронно-оптическая система состоит из трех прожекторов, осикоторых образуют равносторонний треугольник. Снаружи трубки нагорловине устанавливается система электромагнитного управления, служащая для совмещения лучей, а также отклоняющая система. Недостаткитакого кинескопа – малая прозрачность маски (~15%), сложность коррекциисходимости электронных пучков и обеспечения чистоты цветов. Такиекинескопы промышленностью уже не выпускаются и представляют лишьисторический интерес.

Недостатки мозаичных экранов устраняются в кинескопе со щелевоймаской и планарной ЭОС (рис. 3.20). Экран такого кинескопа имеетлинейчатую структуру в виде сплошных вертикальных полос люминофоровкрасного, зеленого и синего цветов. Маска имеет щелевидные отверстиясравнительно небольшой длины. Основные преимущества кинескопа – повышенная на 15–20% яркость изображения, высокая чистота цветов, меньшая чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, возможность самосведения лучей.

Рис. 3.20. Кинескоп со щелевой маской и планарной ЭОС

Кинескопы с повышенной разрешающей способностью имеют 1000- 1200 линий на экране, маску меньшей толщины (до 0,1 мм) с большейплощадью отверстий, антибликовое покрытие на экране, прецизионныеотклоняющие системы.

В кинескопах с апертурной решеткой в качестве маски используетсявертикальная проволочная сетка (апертурная решетка), люминофорнаносится не в виде точек, а в виде вертикальных полос трех основныхцветов. Для гашения поперечных колебаний и придания проволочной сеткедополнительной жесткости применяются горизонтальные проволочки, которые называются DamperWire — демпферные нити.

Качество воспроизведения изображения на экране кинескопа(монитора) характеризуется разрешающей способностью. Разрешениемонитора 1024.768 означает возможность различить до 1024 точек погоризонтали при числе строк до 768. Под шагом точки (величиной «зерна») монитора понимается расстояние между соседними точками одного цвета.

Размер одной точки на экране современного кинескопа составляет 0,25 – 0,27 мм.