Kaip veikia katodinių spindulių vamzdis? Katodinių spindulių vamzdžio (CRT) veikimo principai ir parametrai

Elektrostatinis valdymas

Panagrinėkime CRT įrenginį su elektrostatiniu valdymu (2.12 pav.) :

2.12 pav. Elektrostatiniu būdu valdomas katodinių spindulių vamzdis.

Paprasčiausią elektronų pistoletą sudaro: katodas, valdymo elektrodas ir pirmasis bei antrasis anodai.

Katodas skirtas sukurti elektronų srautą. Paprastai CRT naudojamas oksidu šildomas katodas, pagamintas iš mažo nikelio cilindro su šildytuvu viduje. Aktyvus sluoksnis dedamas ant cilindro dugno. Taigi katodas turi plokščią spinduliuojantį paviršių, o elektronai išspinduliuojami siauru pluoštu link ekrano. Katodo laidas paprastai yra prijungtas talpyklos viduje prie vieno kaitinimo siūlelio galo.

Valdymo elektrodas, arba moduliatorius, skirtas reguliuoti šviečiančios ekrano vietos ryškumą. Valdymo elektrodas pagamintas iš nikelio cilindro, supančio katodą. Cilindre yra skylė (diafragma), pro kurią praeina katodo skleidžiami elektronai.

Valdymo elektrodui taikoma nedidelė neigiama įtampa katodo atžvilgiu. Keisdami šią įtampą, galite reguliuoti pluošto srovės stiprumą ir taip pakeisti lemputės ekrano šviesos taško ryškumą.

Pirmasis anodas Tai cilindras su dviem arba trimis diafragmomis.

Valdymo elektrodo ir pirmojo anodo įtaka pluošto srovei yra panaši į valdymo tinklelio ir anodo įtaką anodo srovei vakuuminiuose vamzdeliuose.

Antrasis anodas taip pat pagamintas cilindro pavidalu, bet šiek tiek didesnio skersmens nei pirmasis. Šis anodas paprastai turi vieną diafragmą.

Pirmajam anodui įvedama tam tikro dydžio įtampa 300-1000V(katodo atžvilgiu). Antram anodui taikoma aukštesnė įtampa ( 1000-16000 V).

Panagrinėkime vamzdžio veikimo principą. Kaitinamas katodas skleidžia elektronus. Veikiant elektriniam laukui, esančiam tarp pirmojo anodo ir katodo, elektronai įsibėgėja ir skrenda per pirmojo anodo diafragmas. Elektronai išeina iš pirmojo anodo siauro besiskiriančio pluošto pavidalu.

Elektrinis laukas tarp pirmojo ir antrojo anodo vadinamas fokusavimas. Jis pakeičia elektronų trajektoriją taip, kad išeidami iš antrojo anodo elektronai priartėtų prie vamzdžio ašies. Erdvėje tarp antrojo anodo ir ekrano elektronai juda pagal inerciją dėl energijos, gautos greitėjančiuose elektronų patrankos laukuose.

Keičiant pirmojo anodo potencialą, fokusavimo lauko stiprumą galima reguliuoti taip, kad ekrane susikirstų visų elektronų trajektorijos. Kai elektronai krenta ant ekranų, kinetinė energija iš dalies paverčiama šviesa, todėl ekrane atsiranda šviesos taškas (dėmė).

Elektronai, patenkantys į ekraną, išmuša antrinius elektronus iš ekrano medžiagos, kuriuos sugauna laidus grafito sluoksnis ( aquadag), taikomas ant vidinio cilindro paviršiaus. Be to, aquadag atlieka elektrostatinio ekrano vaidmenį ir apsaugo vamzdžio elektronų srautą nuo išorinių elektrinių laukų poveikio, nes yra prijungtas prie antrojo vamzdžio anodo ir su juo įžemintas.

Diafragmos anodų viduje prisideda prie elektronų pluošto susiaurėjimo, nes jie sulaiko elektronus, kurie stipriai nukrypsta nuo vamzdžio ašies.

Dvi poros nukreipimo plokščių joms padėjus valdymo (moduliuojamąsias) įtampas, jos užtikrina atsiradimą tarp atitinkamų plokščių X-X Ir Oho potencialų skirtumai, kurie kontroliuoja sufokusuoto elektronų pluošto judėjimą į norimą ekrano tašką, kad būtų gautas reikiamas vaizdas. Kai šis srautas yra veikiamas dviejų moduliuojančių įtampų vienu metu, galima nukreipti elektronų pluoštą į bet kurį ekrano darbinio paviršiaus tašką.

Išvada: Elektrostatiniu būdu valdomų CRT privalumas yra tas, kad jiems reikia mažai energijos, kad būtų galima valdyti pluoštą, o elektroninė spindulio nukreipimo valdymo grandinė yra daug paprastesnė nei magnetiniu būdu valdomų CRT. Spindulio nukreipimo dydis tokio tipo vamzdeliuose praktiškai nepriklauso nuo nukreipiančios įtampos dažnio.

§ 137. Katodinių spindulių vamzdis. Osciloskopas

Osciloskopai naudojami stebėti, fiksuoti, matuoti ir valdyti įvairius kintančius procesus automatikos įrenginiuose, telemechanikoje ir kitose technologijos srityse (198 pav.). Pagrindinė osciloskopo dalis yra katodinių spindulių vamzdis – elektrinis vakuuminis įtaisas, paprasčiausia forma, skirtas elektros signalams paversti šviesa.

Panagrinėkime, kaip elektronas ir elektronų pluoštas nukreipiami osciloskopo katodinių spindulių vamzdžio elektriniame lauke.
Jei elektronas yra tarp dviejų lygiagrečių plokščių (199 pav., a), turinčių priešingus elektros krūvius, tai veikiamas tarp plokščių atsirandančio elektrinio lauko, elektronas nukryps, nes yra neigiamai įkrautas. Jis nustumia nuo lėkštės A, turintis neigiamą krūvį ir traukiamas prie plokštelės B turintys teigiamą elektros krūvį. Elektrono judėjimas bus nukreiptas išilgai lauko linijų.

Kai greičiu judantis žmogus patenka į lauką tarp plokščių V elektronas (199 pav., b), tada jį veikia ne tik lauko jėgos F, bet ir jėgos F 1, nukreiptas išilgai jo judėjimo. Dėl šių jėgų veikimo elektronas nukryps nuo savo tiesaus kelio ir judės išilgai linijos Gerai. - įstrižai.
Jei tarp plokščių bus praleistas siauras judančių elektronų pluoštas - elektronų pluoštas (199 pav., c), jis nukryps veikiamas elektrinio lauko. Elektronų pluošto nukreipimo kampas priklauso nuo pluoštą sudarančių elektronų judėjimo greičio ir įtampos, sukuriančios elektrinį lauką tarp plokščių, dydžio.
Kiekvienas katodinių spindulių vamzdis (200 pav.) yra cilindras, iš kurio buvo išpumpuotas oras. Cilindro vidinio paviršiaus kūginė dalis yra padengta grafitu ir vadinama aquadag. Cilindro viduje 3 tinka elektroniniam prožektoriui 8 - elektronų pistoletas, nukreipimo plokštės 4 Ir 6 , ir ekranas 5 . Elektronų vamzdžių apšvietimas susideda iš šildomo katodo, kuris skleidžia elektronus, ir elektrodų sistemos, sudarančios elektronų pluoštą. Šis pluoštas, skleidžiamas vamzdžio katodo, dideliu greičiu juda link ekrano ir iš esmės yra elektros srovė, nukreipta priešinga elektronų judėjimui kryptimi.

Katodas yra nikelio cilindras, kurio galas yra padengtas oksido sluoksniu. Cilindras dedamas ant plonasienio keraminio vamzdelio, o į jo vidų įdedamas spiralės pavidalo volframo siūlas, skirtas katodui šildyti.
Katodas yra valdymo elektrodo viduje 7 puodelio formos. Puodelio apačioje padaroma maža skylutė, pro kurią praeina katodo išskiriami elektronai; ši skylė vadinama diafragma. Nedidelė neigiama įtampa (kelių dešimčių voltų eilės) taikoma valdymo elektrodui katodo atžvilgiu. Jis sukuria elektrinį lauką, kuris veikia iš katodo skleidžiamus elektronus, kad jie būtų surenkami į siaurą spindulį, nukreiptą į vamzdžio ekraną. Elektronų skrydžio trajektorijų susikirtimo taškas vadinamas pirmasis vamzdžio židinys. Padidinus neigiamą valdymo elektrodo įtampą, kai kurie elektronai gali būti nukreipti tiek, kad jie neprasiskverbs pro skylę ir taip sumažės į ekraną atsitrenkiančių elektronų skaičius. Keičiant valdymo elektrodo įtampą, galima reguliuoti elektronų skaičių jame. Tai leidžia pakeisti šviesos taško ryškumą katodinių spindulių vamzdžio ekrane, kuris yra padengtas specialia kompozicija, kuri turi galimybę švytėti veikiant ant jo krintančio elektronų pluošto.
Elektroniniame pistolete taip pat yra du anodai, kurie sukuria greitėjimo lauką: pirmasis yra fokusavimas 1 o antrasis – vadovas 2 . Kiekvienas anodas yra cilindras su diafragma, kuri apriboja elektronų pluošto skerspjūvį.
Anodai yra išilgai vamzdžio ašies tam tikru atstumu vienas nuo kito. Pirmajam anodui taikoma kelių šimtų voltų teigiama įtampa, o antrasis anodas, prijungtas prie vamzdžio aquadag, turi kelis kartus didesnį teigiamą potencialą nei pirmojo anodo potencialas.
Iš valdymo elektrodo angos išbėgantys elektronai, patekę į pirmojo anodo elektrinį lauką, įgauna didelį greitį. Įskridęs į pirmojo anodo vidų, elektronų pluoštas, veikiamas elektrinio lauko jėgų, suspaudžiamas ir sudaro ploną elektronų pluoštą. Toliau elektronai praskrenda per antrąjį anodą, įgauna dar didesnį greitį (keli tūkstančiai kilometrų per sekundę) ir per diafragmą nuskrenda į ekraną. Ant pastarojo, veikiant elektronų smūgiams, susidaro šviesi dėmė, kurios skersmuo mažesnis nei vienas milimetras. Ši vieta yra antrasis dėmesys katodinių spindulių kineskopas.
Norint nukreipti elektronų pluoštą dviejose plokštumose, katodinių spindulių vamzdyje yra dvi poros plokščių 6 Ir 4 , esančios skirtingose ​​plokštumose, statmenose viena kitai.
Pirmoji lėkščių pora 6 , kuris yra arčiau elektronų pistoleto, skirtas nukreipti spindulį vertikalia kryptimi; šios plokštės vadinamos vertikaliai nukreipiantis. Antra lėkščių pora 4 , esantis arčiau vamzdžio ekrano, skirtas nukreipti spindulį horizontalia kryptimi; šios plokštės vadinamos horizontaliai nukreipiantis.
Panagrinėkime nukreipimo plokščių veikimo principą (201 pav.).

Nukreipimo plokštės IN 2 ir G 2 prijungtas prie potenciometro slankiklių P ir P d. Potenciometrų galuose yra nuolatinė įtampa. Nukreipimo plokštės IN 1 ir G 1, kaip ir potenciometrų vidurio taškai, yra įžeminti, o jų potencialai lygūs nuliui.
Kai potenciometro slankikliai yra vidurinėje padėtyje, potencialas visose plokštėse yra lygus nuliui, o elektronų spindulys sukuria šviesią vietą ekrano centre - tašką. APIE. Perkeliant potenciometro slankiklį P g liko ant lėkštės G 2, taikoma neigiama įtampa, todėl elektronų pluoštas, atstumdamas nuo šios plokštės, nukryps ir šviesos taškas ekrane pasislinks taško kryptimi. A.
Perkeliant potenciometro slankiklį P g dešinės plokštės potencialas G 2 elektronų spindulys padidės ir dėl to šviesos taškas ekrane pasislinks horizontaliai į tašką B. Taigi, nuolat kintant plokštės potencialui G 2 elektronų spindulys nubrėžs horizontalią liniją ekrane AB.
Panašiai keičiant potenciometru P esant įtampai ant vertikalių nukreipimo plokščių, spindulys pasisuks vertikaliai ir nubrėžs vertikalią liniją ekrane VG. Vienu metu keičiant įtampą abiejose įlinkio plokščių porose, elektronų pluoštą galima perkelti bet kuria kryptimi.
Katodinių spindulių vamzdžio ekranas yra padengtas specialiu junginiu – fosforu, kuris gali švytėti veikiamas greitai skraidančių elektronų smūgių. Taigi, kai sufokusuotas spindulys atsitrenkia į vieną ar kitą ekrano tašką, jis pradeda švytėti.
Katodinių spindulių vamzdžių ekranams uždengti naudojamas fosforas cinko oksido, berilio cinko, cinko sulfato ir kadmio sulfato mišinio ir kt. pavidalu. Šios medžiagos turi savybę dar kurį laiką švytėti po elektronų smūgio. sustojo. Tai reiškia, kad jie turi pošvydis.
Yra žinoma, kad žmogaus akis, gavusi vizualinį įspūdį, gali jį išlaikyti apie 1/16 sekundės. Katodinių spindulių vamzdyje spindulys gali judėti per ekraną taip greitai, kad kai kurie nuoseklūs šviesos taškai ekrane yra suvokiami kaip ištisinė šviesos linija.
Įtampa, kurią reikia tirti (svarstyti) naudojant osciloskopą, yra taikoma vertikalioms vamzdžio nukreipimo plokštėms. Horizontalioms įlinkio plokštėms taikoma pjūklo įtampa, kurios grafikas parodytas fig. 202, a.

Šią įtampą tiekia elektroninis pjūklo impulsų generatorius, kuris yra sumontuotas osciloskopo viduje. Veikiamas pjūklo įtampos, elektronų spindulys juda horizontaliai per ekraną. Per t 1 - t 8 spindulys juda per ekraną iš kairės į dešinę ir laikui bėgant t 9 - t 10 greitai grįžta į pradinę padėtį, tada vėl juda iš kairės į dešinę ir pan.
Išsiaiškinkime, kaip osciloskopo katodinių spindulių vamzdžio ekrane galite pamatyti momentinės įtampos verčių kreivės formą, tiekiamą į vertikalias nukreipimo plokštes. Tarkime, kad horizontaliems nukreipimo vamzdeliams taikoma 60 amplitudės pjūklo įtampa V ir su keitimo laikotarpiu 1/50 sek.
Fig. 202 paveiksle b pavaizduotas vienas sinusinės įtampos periodas, kurio kreivės formą norime matyti, o apskritimas (202 pav., c) rodo susidariusį elektronų pluošto judėjimą osciloskopo vamzdžio ekrane.
Įtampos tomis pačiomis akimirkomis turi tuos pačius žymėjimus dviejose viršutinėse diagramose.
Vienu metu t 1 pjūklo įtampa ( U d), nukreipiantis elektronų pluoštą horizontaliai, yra lygus 60 V, ir vertikalių plokščių įtempis U lygus nuliui ir ekrane užsidega taškas O 1 . Vienu metu t 2 įtampa U g = -50 V, ir įtampa U in = 45 V. Per laiką, lygų t 2 - t 1, elektronų spindulys pajudės į padėtį O 2 tinkle O 1 - O 2. Vienu metu t 3 įtampa U g = 35 V, ir įtampa U in = 84,6 V. Per t 3 - t 2 spindulys judės į tašką O 3 tinkle O 2 - O 3 ir kt.
Abiejų nukreipimo plokščių porų sukuriamų elektrinių laukų veikimo procesas ant elektronų pluošto tęsis, o spindulys bus nukreiptas toliau išilgai linijos O 3 - O 4 - o 6 ir kt.
Per t 10 - t 9, elektronų pluoštas greitai nukryps į kairę (spindulys pasisuks atvirkštine kryptimi), o tada procesas kartosis: Tikrinama įtampa periodiškai keičiasi, todėl elektronų pluoštas kelis kartus judės tuo pačiu keliu, todėl bus gana ryškus. linija, savo forma panaši į įtampos kreivės formą, taikomą vertikalioms vamzdžio nukreipimo plokštėms.
Kadangi pjūklo šlavimo impulsų įtampų periodas (ir dažnis) ir tiriama įtampa yra vienodi, sinusoidas ekrane bus nejudantis. Jei šių įtampų dažnis skiriasi, o ne vienas kito kartotinis, vaizdas judės vamzdžio ekrane.
Kai dvi vienodos amplitudės ir dažnio sinusinės įtampos, kurios fazėje pasislinkusios 90°, yra prijungtos prie abiejų nukreipimo plokščių porų, vamzdžio ekrane bus matomas apskritimas. Taigi, naudodamiesi osciloskopu, galite stebėti ir ištirti įvairius elektros grandinėse vykstančius procesus. Be pjūklinio impulsų generatoriaus, osciloskopas turi stiprintuvus, skirtus sustiprinti įtampą, taikomą vertikalioms spindulio nukreipimo plokštėms, ir pjūklo įtampą, taikomą horizontalioms nukreipimo plokštėms.

Kaip veikia katodinių spindulių vamzdis?

Katodinių spindulių vamzdžiai – elektriniai vakuuminiai įtaisai, kuriuose susidaro mažo skerspjūvio elektronų pluoštas, kurio elektronų pluoštas gali būti nukreiptas norima kryptimi ir, atsitrenkus į liuminescencinį ekraną, sukelti jam švytėjimą (5.24 pav.). Katodinių spindulių vamzdis yra elektroninis optinis keitiklis, kuris paverčia elektrinį signalą į atitinkamą vaizdą impulsinio virpesio pavidalu, atkuriamu vamzdžio ekrane. Elektronų pluoštas formuojamas elektronų prožektorius (arba elektronų pistoletas), kurį sudaro katodas ir fokusuojantys elektrodai. Pirmasis fokusavimo elektrodas, dar vadinamas moduliatorius, veikia kaip neigiamo poslinkio tinklelis, nukreipiantis elektronus į vamzdžio ašį. Pakeitus tinklelio poslinkio įtampą, paveikiamas elektronų skaičius, taigi ir ekrane gaunamo vaizdo ryškumas. Už moduliatoriaus (link ekrano) yra šie elektrodai, kurių užduotis yra sufokusuoti ir pagreitinti elektronus. Jie veikia elektroninių lęšių principu. Fokusuojantys-greitinantys elektrodai vadinami anodai ir jiems taikoma teigiama įtampa. Priklausomai nuo vamzdžio tipo, anodo įtampa svyruoja nuo kelių šimtų voltų iki kelių dešimčių kilovoltų.

Ryžiai. 5.24. Scheminis katodinių spindulių vamzdžio vaizdas:

1 - katodas; 2 - I anodas: 3 - anodas II; 4 - horizontalios nukreipimo plokštės; 5 - Elektronų spindulys; 6 - ekranas; 7 - vertikalios nukreipimo plokštės; 8 - moduliatorius

Kai kuriuose vamzdeliuose spindulys sufokusuojamas naudojant magnetinį lauką, naudojant ritinius, esančius už lempos, o ne vamzdžio viduje esančius elektrodus, kurie sukuria fokusuojantį elektrinį lauką. Spindulio nukreipimas taip pat atliekamas dviem būdais: naudojant elektrinį arba magnetinį lauką. Pirmuoju atveju į vamzdį dedamos nukreipimo plokštės, antruoju - nukreipimo ritės sumontuotos vamzdžio išorėje. Norint nukreipti tiek horizontalia, tiek vertikalia kryptimis, naudojamos vertikalios arba horizontalios spindulio nukreipimo plokštės (arba ritės).

Vamzdžio ekranas iš vidaus padengtas medžiaga – fosforu, kuris švyti veikiamas elektronų bombardavimo. Fosforai skiriasi skirtingomis švytėjimo spalvomis ir skirtingu švytėjimo laiku pasibaigus sužadinimui, kuris vadinamas posvydžio laikas. Paprastai tai svyruoja nuo sekundės dalies iki kelių valandų, priklausomai nuo vamzdžio paskirties.

Katodinių spindulių vamzdžiai(CRT) – elektrovakuuminiai įtaisai, skirti elektrinį signalą paversti šviesos vaizdu naudojant ploną elektronų pluoštą, nukreiptą į specialų uždengtą ekraną. fosforo- kompozicija, galinti švytėti, kai yra bombarduojama elektronais.

Fig. 15 paveiksle parodytas katodinių spindulių vamzdžio su elektrostatiniu įtaisas fokusavimas ir elektrostatinės sijos įlinkis. Vamzdyje yra oksidu šildomas katodas su spinduliuojančiu paviršiumi, nukreiptu į moduliatoriaus skylę. Moduliatoriuje nustatomas nedidelis neigiamas potencialas katodo atžvilgiu. Toliau išilgai vamzdžio ašies (ir išilgai pluošto) yra fokusuojantis elektrodas, dar vadinamas pirmuoju anodu, jo teigiamas potencialas padeda ištraukti elektronus iš artimojo katodo erdvės per moduliatoriaus angą ir suformuoti iš jų siaurą spindulį. Tolesnį elektronų fokusavimą ir pagreitinimą atlieka antrojo anodo (greitino elektrodo) laukas. Jo potencialas vamzdyje yra labiausiai teigiamas ir svyruoja nuo vienetų iki dešimčių kilovoltų. Katodo, moduliatoriaus ir greitinančio elektrodo derinys sudaro elektronų pistoletą (elektroninį prožektorius). Nehomogeniškas elektrinis laukas erdvėje tarp elektrodų veikia elektronų pluoštą kaip surenkantis elektrostatinį lęšį. Elektronai, veikiami šio objektyvo, susilieja į tašką ekrano viduje. Ekrano vidus padengtas fosforo sluoksniu – medžiaga, kuri elektronų srauto energiją paverčia šviesa. Lauke vieta, kur elektronų srautas patenka į ekraną, šviečia.

Norėdami valdyti šviesos taško padėtį ekrane ir taip gauti vaizdą, elektronų pluoštas nukreipiamas išilgai dviejų koordinačių, naudojant dvi poras plokščių elektrodų - nukreipimo plokštės X ir Y. Sijos įlinkio kampas priklauso nuo plokštėms taikomos įtampos. Plokštelių kintamos nukreipiančiosios įtampos įtakoje spindulys eina aplink skirtingus ekrano taškus. Taško ryškumas priklauso nuo srovės spindulio stiprumo. Šviesumui valdyti į moduliatoriaus Z įvestį įvedama kintamoji įtampa. Norint gauti stabilų periodinio signalo vaizdą, jis periodiškai nuskaitomas ekrane, sinchronizuojant tiesiškai kintančią horizontalaus skenavimo įtampą X su tiriamu signalu, kuris vienu metu tiekiamas į vertikalias nukreipimo plokštes Y. Tokiu būdu ekrane CRT formuojami vaizdai. Elektronų pluoštas turi mažą inerciją.

Be elektrostatinės, jis taip pat naudojamas magnetinis fokusavimas Elektronų spindulys. Jis naudoja nuolatinės srovės ritę, į kurią įkišamas CRT. Magnetinio fokusavimo kokybė yra aukštesnė (mažesnis dėmės dydis, mažesni iškraipymai), tačiau magnetinis fokusavimas yra didelis ir nuolat eikvoja energiją.

Magnetinio pluošto nukreipimas, atliekamas dviem poromis ritinių su srovėmis, plačiai naudojamas (vaizdo vamzdeliuose). Magnetiniame lauke elektronas nukrypsta išilgai apskritimo spindulio, o nukreipimo kampas gali būti žymiai didesnis nei CRT su elektrostatiniu įlinkimu. Tačiau magnetinio nukreipimo sistemos našumas yra mažas dėl srovę nešančių ritinių inercijos. Todėl oscilografiniuose vamzdeliuose naudojamas tik elektrostatinis pluošto nukreipimas, nes jis turi mažesnę inerciją.

Ekranas yra svarbiausia CRT dalis. Kaip elektroliuminoforai Naudojami įvairūs neorganiniai junginiai ir jų mišiniai, pavyzdžiui, cinko ir cinko-kadmio sulfidai, cinko silikatas, kalcio ir kadmio volframatai ir kt. su aktyvatorių (vario, mangano, bismuto ir kt.) priemaišomis. Pagrindiniai fosforo parametrai: švytėjimo spalva, ryškumas, taškinio šviesos intensyvumas, šviesos efektyvumas, pošvytis. Švytėjimo spalvą lemia fosforo sudėtis. Liuminescencinis ryškumas cd/m2

B ~ (dn/dt) (U-U 0) m,

čia dn/dt – elektronų srautas per sekundę, tai yra pluošto srovė, A;

U 0 - fosforo švytėjimo potencialas, V;

U – antrojo anodo greitinimo įtampa, V;

Dėmės šviesos intensyvumas yra proporcingas ryškumui. Šviesos efektyvumas yra taško šviesos stiprio ir spindulio galios santykis cd/W.

Afterglow– tai laikas, per kurį dėmės ryškumas išjungus spindulį sumažėja iki 1% pradinės vertės. Yra fosforai, kurių švytėjimas labai trumpas (mažiau nei 10 μs), trumpas (nuo 10 μs iki 10 ms), vidutinis (nuo 10 iki 100 ms), ilgas (nuo 0,1 iki 16 s) ir labai ilgas (daugiau nei 16 s). pošvydis. Papildomo švytėjimo vertės pasirinkimą lemia CRT taikymo sritis. Kineskopams naudojami fosforai su mažu švytėjimu, nes vaizdas kineskopo ekrane nuolat keičiasi. Osciloskopo vamzdžiams naudojami vidutinio ar labai ilgo patvarumo fosforai, priklausomai nuo rodomų signalų dažnių diapazono.

Svarbus klausimas, kurį reikia išsamiau apsvarstyti, yra CRT ekrano galimybės. Kai elektronas patenka į ekraną, jis įkrauna ekraną neigiamu potencialu. Kiekvienas elektronas įkrauna ekraną, o jo potencialas tampa vis neigiamas, todėl labai greitai atsiranda stabdymo laukas, o elektronų judėjimas ekrano link sustoja. Realiuose CRT taip neįvyksta, nes kiekvienas elektronas, patekęs į ekraną, išmuša iš jo antrinius elektronus, tai yra, atsiranda antrinė elektronų emisija. Antriniai elektronai nuneša iš ekrano neigiamą krūvį, o norint juos pašalinti iš erdvės priešais ekraną, vidinės CRT sienelės yra padengtos anglies pagrindu laidžiu sluoksniu, elektra sujungtu su antruoju anodu. Kad šis mechanizmas veiktų, antrinis emisijos koeficientas, tai yra, antrinių elektronų skaičiaus ir pirminių elektronų skaičiaus santykis turi viršyti vienetą. Tačiau fosforo antrinis emisijos koeficientas Kve priklauso nuo įtampos antrojo anodo U a. Tokios priklausomybės pavyzdys parodytas fig. 16, iš kurio matyti, kad ekrano potencialas neturėtų viršyti vertės

U a max , antraip vaizdo ryškumas ne padidės, o sumažės. Priklausomai nuo fosforo medžiagos, įtampa U a max = 5...35 kV. Norint padidinti ribinį potencialą, ekrano vidus padengtas plona metalo (dažniausiai aliuminio, pralaidžia elektronams) plėvele. aliuminuoti ekranas) elektra prijungtas prie antrojo anodo. Šiuo atveju ekrano potencialą lemia ne antrinis fosforo emisijos koeficientas, o įtampa prie antrojo anodo. Tai leidžia naudoti didesnę antrojo anodo įtampą ir gauti didesnį ekrano ryškumą. Švytėjimo ryškumas didėja ir dėl šviesos, skleidžiamos į vamzdelį nuo aliuminio plėvelės, atspindžio. Pastarasis yra skaidrus tik pakankamai greitiems elektronams, todėl antrojo anodo įtampa turi viršyti 7...10 kV.

Katodinių spindulių vamzdžių tarnavimo laiką riboja ne tik katodo emisijos praradimas, kaip ir kitų vakuuminių prietaisų atveju, bet ir luminoforo sunaikinimas ekrane. Pirma, elektronų pluošto galia naudojama itin neefektyviai. Ne daugiau kaip du procentai jo virsta šviesa, o daugiau nei 98% tik įkaitina fosforą ir įvyksta jo sunaikinimas, kuris išreiškiamas tuo, kad ekrano šviesos efektyvumas palaipsniui mažėja. Perdegimas vyksta greičiau didėjant elektronų srauto galiai, mažėjant greitėjimo įtampai, taip pat intensyviau tose vietose, kur spindulys krenta ilgesnį laiką. Kitas veiksnys, kuris sumažina katodinių spindulių vamzdžio tarnavimo laiką, yra ekrano bombardavimas neigiamais jonais, susidarančiais iš katodo oksido dangos atomų. Pagreitinami greitėjančio lauko, šie jonai juda link ekrano, praeidami pro nukreipimo sistemą. Elektrostatinio nukreipimo vamzdeliuose jonai nukreipiami taip pat efektyviai, kaip ir elektronai, todėl jie daugiau ar mažiau tolygiai patenka į skirtingas ekrano sritis. Vamzdžiuose su magnetine deformacija jonai dėl daug kartų didesnės masės nei elektronai yra nukreipiami silpniau ir daugiausia patenka į centrinę ekrano dalį, laikui bėgant ekrane suformuodami palaipsniui tamsėjančią vadinamąją „jonų dėmę“. Vamzdžiai su aliuminuotu ekranu yra daug mažiau jautrūs jonų bombardavimui, nes aliuminio plėvelė blokuoja jonų kelią į fosforą.

Du plačiausiai naudojami katodinių spindulių vamzdžių tipai yra šie: oscilografinis Ir kineskopai. Osciloskopo vamzdeliai yra skirti rodyti įvairius procesus, vaizduojamus elektriniais signalais. Jie turi elektrostatinį pluošto nukreipimą, nes tai leidžia osciloskopui rodyti aukštesnio dažnio signalus. Spindulio fokusavimas taip pat yra elektrostatinis. Paprastai osciloskopas naudojamas periodinio šlavimo režimu: pjūklo įtampa su pastoviu dažniu ( šlavimo įtampa), vertikalioms nukreipimo plokštėms taikoma sustiprinta tiriamo signalo įtampa. Jei signalas yra periodiškas ir jo dažnis yra sveikasis skaičius kartų didesnis už šlavimo dažnį, ekrane pasirodo stacionarus signalo grafikas laikui bėgant ( oscilograma). Šiuolaikiniai osciloskopo vamzdžiai yra sudėtingesnio dizaino nei pavaizduoti Fig. 15, jie turi didesnį elektrodų skaičių, jie taip pat naudojami dviguba sija oscilografiniai CRT, kurie turi dvigubą visų elektrodų komplektą su vienu bendru ekranu ir leidžia sinchroniškai rodyti du skirtingus signalus.

CRT yra CRT su ryškumo ženklas, tai yra, valdant pluošto ryškumą keičiant moduliatoriaus potencialą; jie naudojami buitiniuose ir pramoniniuose televizoriuose, taip pat monitoriai kompiuteriai elektrinį signalą paversti dvimačiu vaizdu ekrane. CRT skiriasi nuo oscilografinių CRT didesniu ekrano dydžiu ir vaizdo pobūdžiu ( pustonis visame ekrano paviršiuje), magnetinio pluošto nukreipimo išilgai dviejų koordinačių naudojimas, santykinai mažas šviesos taško dydis, griežti taško dydžio stabilumo ir skenavimo tiesiškumo reikalavimai. Pažangiausi yra spalvoti vaizdo vamzdžiai, skirti kompiuterių monitoriams, jie pasižymi didele raiška (iki 2000 eilučių), minimaliais geometriniais rastriniais iškraipymais ir teisingu spalvų perteikimu. Skirtingu metu buvo gaminami vamzdeliai, kurių įstrižainės ekrano dydis yra nuo 6 iki 90 cm. Vaizdo vamzdžio ilgis išilgai jo ašies paprastai yra šiek tiek mažesnis už įstrižainės dydį, maksimalus spindulio nukreipimo kampas yra 110...116 0. Spalvoto kineskopo ekrano vidus padengtas daugybe taškų ar siaurų skirtingos sudėties fosforo juostelių, kurios elektros spindulį paverčia viena iš trijų pagrindinių spalvų: raudona, žalia, mėlyna. Spalvotas vaizdo vamzdelis turi tris elektronų patrankas, po vieną kiekvienai pagrindinei spalvai. Nuskaitydami per ekraną, spinduliai juda lygiagrečiai ir apšviečia gretimas fosforo sritis. Spindulio srovės yra skirtingos ir priklauso nuo gaunamo vaizdo elemento spalvos. Be tiesioginio stebėjimo vamzdžių, yra projekcinių vaizdo vamzdžių, kurie, nepaisant mažo dydžio, turi didelį vaizdo ryškumą ekrane. Tada šis ryškus vaizdas optiškai projektuojamas ant plokščio balto ekrano ir sukuriamas didelis vaizdas.

Po nukreipimo sistemos elektronai krenta į CRT ekraną. Ekraną sudaro plonas fosforo sluoksnis, užteptas ant vidinio baliono galinės dalies paviršiaus ir galintis intensyviai švytėti, kai yra bombarduojamas elektronais.

Kai kuriais atvejais ant fosforo sluoksnio uždedamas laidus plonas aliuminio sluoksnis. Ekrano savybes lemia jo

charakteristikos ir parametrai. Pagrindiniai ekrano parametrai yra šie: Pirmas Ir antrasis kritinis ekrano potencialas, švytėjimo ryškumas, šviesos efektyvumas, švytėjimo trukmė.

Ekrano potencialas. Kai ekranas yra bombarduojamas elektronų srautu nuo jo paviršiaus, atsiranda antrinė elektronų emisija. Antriniams elektronams pašalinti vamzdžio sienelės šalia ekrano yra padengtos laidžiu grafito sluoksniu, kuris yra prijungtas prie antrojo anodo. Jei tai nebus padaryta, antriniai elektronai, grįžę į ekraną, kartu su pirminiais, sumažins jo potencialą. Tokiu atveju erdvėje tarp ekrano ir antrojo anodo susidaro stabdomasis elektrinis laukas, kuris atspindės pluošto elektronus. Taigi, norint pašalinti stabdymo lauką, nuo nelaidžio ekrano paviršiaus reikia pašalinti elektronų pluošto nešamą elektros krūvį. Beveik vienintelis būdas kompensuoti mokestį yra naudoti antrinę emisiją. Elektronams krentant ant ekrano, jų kinetinė energija paverčiama ekrano švytėjimo energija, jį įkaitina ir sukelia antrinę emisiją. Antrinio emisijos koeficiento o reikšmė lemia ekrano potencialą. Antrinės elektronų emisijos koeficientas a = / in // l (/„ yra antrinių elektronų srovė, / l yra pluošto srovė arba pirminių elektronų srovė) iš ekrano paviršiaus esant įvairiems energijos pokyčiams pirminių elektronų viršija vienetą (12.8 pav., O < 1 на участке O A kreivė ties V < С/ кр1 и при 15 > S/cr2).

At Ir < (У кр1 число уходящих-от экрана вторичных электронов меньше числа первичных, что приводит к накоплению отрицательного заряда на экране, формированию тормозящего поля для электронов луча в пространстве между вторым анодом и экраном и их отражению; свечение экрана отсутствует. Потенциал ir l2= Г/крР, atitinkantis tašką A pav. 12.8, paskambino pirmasis kritinis potencialas.

Esant C/a2 = £/cr1, ekrano potencialas yra artimas nuliui.

Jei pluošto energija tampa didesnė nei e£/cr1, tada o > 1 ir ekranas pradeda krautis

Ryžiai. 12.8

palyginti su paskutiniu prožektoriaus anodu. Procesas tęsiasi tol, kol ekrano potencialas tampa maždaug lygus antrojo anodo potencialui. Tai reiškia, kad iš ekrano išeinančių elektronų skaičius yra lygus krintančių elektronų skaičiui. Spindulio energijos pokyčių diapazone nuo e£/cr1 iki C/cr2 c > 1, o ekrano potencialas yra gana artimas projektoriaus anodo potencialui. At ir &2 > N cr2 antrinės emisijos koeficientas a< 1. Потенциал экрана вновь снижается, и у экрана начинает формироваться тормозящее для электронов луча поле. Потенциал Ir kr2 (atitinka esmę IN pav. 12.8) yra vadinami antrasis kritinis potencialas arba maksimalus potencialas.

Esant elektronų pluošto energijai didesnė 11 kr2 Ekrano ryškumas nepadidėja. Įvairiems ekranams Г/кр1 = = 300...500 V, ir 2 kr= 5...40 kV.

Jei reikia gauti didelį ryškumą, ekrano potencialas priverstinai palaikomas lygus paskutinio prožektoriaus elektrodo potencialui naudojant laidžią dangą. Laidi danga yra elektra prijungta prie šio elektrodo.

Šviesos išvestis. Tai parametras, nulemiantis šviesos intensyvumo santykį J cv, Išspinduliuotas fosforo, kuris yra normalus ekrano paviršiui, pagal į ekraną krentančio elektronų pluošto R el galią:

Šviesos srautas μ lemia fosforo efektyvumą. Ne visa pirminių elektronų kinetinė energija paverčiama matomos spinduliuotės energija, dalis jos patenka į ekrano šildymą, antrinę elektronų emisiją ir spinduliuotę infraraudonųjų ir ultravioletinių spindulių diapazonuose. Šviesos galia matuojama kandelomis vienam vatui: skirtingiems ekranams ji svyruoja 0,1...15 cd/W ribose. Esant mažam elektronų greičiui, paviršiniame sluoksnyje atsiranda švytėjimas, o dalį šviesos sugeria fosforas. Didėjant elektronų energijai, didėja šviesos srautas. Tačiau esant labai dideliam greičiui, daugelis elektronų prasiskverbia pro fosforo sluoksnį nesukeldami sužadinimo, todėl sumažėja šviesos srautas.

Švytėjimo ryškumas. Tai parametras, kurį lemia vieno kvadratinio metro vienodai šviečiančio paviršiaus skleidžiamos šviesos intensyvumas stebėtojo kryptimi. Ryškumas matuojamas cd/m2. Tai priklauso nuo fosforo savybių (pasižymi koeficientu A), elektronų pluošto srovės tankio y, potencialų skirtumo tarp katodo ir ekrano II ir minimalus ekrano potencialas 11 0, kuriai esant vis dar stebima ekrano liuminescencija. Švytėjimo ryškumas paklūsta įstatymui

Rodiklio reikšmės p y potencialas £/0 skirtingiems fosforams svyruoja 1...2,5 ribose ir

30...300 V. Praktikoje tiesinis ryškumo priklausomybės nuo srovės tankio y pobūdis išlaikomas iki maždaug 100 μA/cm 2. Esant dideliam srovės tankiui, fosforas pradeda kaisti ir perdegti. Pagrindinis būdas padidinti ryškumą yra padidinti Ir.

Rezoliucija. Šis svarbus parametras apibrėžiamas kaip CRT gebėjimas atkurti vaizdo detales. Rezoliucija apskaičiuojama pagal atitinkamai atskirtų šviečiančių taškų arba linijų (eilučių) skaičių 1 cm 2 paviršiaus arba 1 cm ekrano aukščio, arba visame ekrano darbinio paviršiaus aukštyje. Vadinasi, norint padidinti skiriamąją gebą, reikia sumažinti pluošto skersmenį, t. y. reikia gerai sufokusuoto plono pluošto, kurio skersmuo yra dešimtųjų mm. Kuo mažesnė pluošto srovė ir didesnė greitėjimo įtampa, tuo didesnė skiriamoji geba. Tokiu atveju pasiekiamas geriausias fokusavimas. Skiriamoji geba taip pat priklauso nuo fosforo kokybės (dideli fosforo grūdeliai išsklaido šviesą) ir aureolių, atsirandančių dėl visiško vidinio atspindžio stiklinėje ekrano dalyje.

Vėlesnio švytėjimo trukmė. Laikas, per kurį ryškumas sumažėja iki 1 % didžiausios vertės, vadinamas ekrano švytėjimo laiku. Visi ekranai skirstomi į labai trumpus (mažiau nei 10 5 s), trumpus (10“ 5 ...10“ 2 s), vidutinius (10 2 ...10 1 s), ilgus (10 Ch.Lb s). ) ir labai ilgas (daugiau nei 16 s) švytėjimas. Oscilografijoje plačiai naudojami trumpo ir labai trumpo patvarumo vamzdžiai, o televizijoje – vidutinio patvarumo vamzdžiai. Radaro indikatoriuose paprastai naudojami ilgo patvarumo vamzdžiai.

Radaro vamzdeliuose dažnai naudojami ilgaamžiai ekranai su dviejų sluoksnių danga. Pirmasis fosforo sluoksnis - su trumpu mėlynu švytėjimu - sužadinamas elektronų pluoštu, o antrasis - su geltonu švytėjimu ir ilgu švytėjimu - sužadinamas pirmojo sluoksnio šviesa. Tokiuose ekranuose galima gauti iki kelių minučių trunkantį švytėjimą.

Ekranų tipai. Fosforo švytėjimo spalva yra labai svarbi. Oscilografinėje technologijoje vizualiai stebint ekraną naudojami kineskopai su žaliu švytėjimu, kuris mažiausiai vargina akį. Cinko ortosilikatas, aktyvuotas manganu (vilemitu), turi tokią švytėjimo spalvą. Fotografuojant pirmenybė teikiama ekranams su mėlyna emisijos spalva, būdinga kalcio volframitui. Priimdami televizoriaus kineskopus su nespalvotu vaizdu, jie bando išgauti baltą spalvą, kuriai naudojami dviejų komponentų fosforai: mėlyna ir geltona.

Ekrano dangoms gaminti taip pat plačiai naudojami šie fosforai: cinko ir kadmio sulfidai, cinko ir magnio silikatai, retųjų žemių elementų oksidai ir oksisulfidai. Retųjų žemių elementų pagrindu pagaminti fosforai turi nemažai privalumų: yra atsparesni įvairiems poveikiams nei sulfidiniai, yra gana efektyvūs, turi siauresnę spektrinę emisijos juostą, o tai ypač svarbu gaminant spalvotus vaizdo kineskopus, kuriuose yra aukštos spalvos. Reikalingas grynumas ir tt Kaip Pavyzdys yra gana plačiai naudojamas fosforas itrio oksido pagrindu, aktyvuotas europiu U 2 0 3: Ey. Šis fosforas turi siaurą emisijos juostą raudonojoje spektro srityje. Fosforas, sudarytas iš itrio oksisulfido su europio priedu Y 2 0 3 8: Eu, kurio didžiausias emisijos intensyvumas yra raudonai oranžinėje matomo spektro srityje ir geresnis cheminis atsparumas nei Y 2 0 3: Eu fosforas, taip pat turi gerų savybių.

Sąveikaujant su ekrano fosforu aliuminis yra chemiškai inertiškas, lengvai užtepamas ant paviršiaus išgaruojant vakuume ir gerai atspindi šviesą. Aliuminizuotų ekranų trūkumai apima tai, kad aliuminio plėvelė sugeria ir išsklaido elektronus, kurių energija mažesnė nei 6 keV, todėl šiais atvejais šviesos srautas smarkiai krenta. Pavyzdžiui, aliuminuoto ekrano šviesos efektyvumas, kai elektronų energija yra 10 keV, yra maždaug 60% didesnis nei esant 5 keV. Vamzdžių ekranai yra stačiakampio arba apvalios formos.