Як працює електронно-променева трубка? Принципи роботи та параметри електронно-променевої трубки (ЕЛТ)

Електростатичним керуванням

Розглянемо пристрій ЕЛТ з електростатичним керуванням (рис.2.12.) :

Рис. 2.12. Електронно-променева трубка з електростатичним керуванням.

До складу найпростішої електронної гармати входять: катод, електрод, що управляє, перший і другий аноди.

Катодпризначений створення потоку електронів. Зазвичай, в ЕПТ застосовується оксидний підігрівний катод, виготовлений у вигляді невеликого нікелевого циліндра, всередині якого знаходиться підігрівач. Активний шар наноситься на дно циліндра. Таким чином, катод має плоску випромінювальну поверхню і електрони випромінюються вузьким променем у напрямку екрана. Виведення катода зазвичай приєднується всередині балона до одного з кінців нитки розжарення.

Керуючий електрод, або модулятор, призначений для регулювання яскравості плями, що світиться на екрані. Виконаний керуючий електрод у вигляді нікелевого циліндра, що оточує катод. У циліндрі виконано отвір (діафрагма), крізь який проходять електрони, що випромінюються катодом.

На електрод, що управляє, подається невелика негативна напруга щодо катода. Змінюючи цю напругу, можна регулювати величину струму променя і, отже, змінювати яскравість плями, що світиться, на екрані трубки.

Перший анодявляє собою циліндр із двома або трьома діафрагмами.

Вплив керуючого електрода і першого анода на струм променя аналогічно впливу сітки, що управляє, і анода на анодний струм в електронних лампах.

Другий анодвиконаний також у вигляді циліндра, але дещо більшого діаметра, ніж перший. Цей анод зазвичай має одну діафрагму.

До першого анода підводиться напруга порядку 300-1000В(щодо катода). На другий анод подається більш висока напруга ( 1000-16000 В).

Розглянемо принцип роботи трубки. Розжарений катод випромінює електрони. Під дією електричного поля, що є між першим анодом і катодом, електрони отримують прискорення і пролітають через діафрагми першому аноді. З першого анода електрони виходять у вигляді вузького променя, що розходиться.

Електричне поле між першим та другим анодами називається фокусуючим.Воно змінює траєкторію електронів так, що при виході з другого анода електрони рухаються, наближаючись до осі трубки. У просторі між другим анодом і екраном електрони рухаються за інерцією за рахунок енергії, придбаної в полях, що прискорюють, електронної гармати.

Зміною потенціалу першого анода можна регулювати напруженість фокусуючого поля таким чином, щоб траєкторії всіх електронів перетиналися на екрані. При падінні електронів на екранах кінетична енергія частково перетворюється на світлову, за рахунок чого на екрані виходить крапка, що світиться (пляма).

Електрони, що падають на екран, вибивають з матеріалу екрана вторинні електрони, які вловлюються провідним графітовим шаром ( аквадагом), нанесеним на внутрішню поверхню балона. Крім того, аквадаг відіграє роль електростатичного екрану та оберігає електронний потік трубки від впливу зовнішніх електричних полів, оскільки він з'єднаний з другим анодом трубки та разом з ним заземлений.

Діафрагми всередині анодівсприяють звуженню променя електронів, оскільки вони перехоплюють електрони, сильно відхилилися від осі трубки.

Дві пари пластин, що відхиляютьпри подачі на них керуючих (модулюючих) напруг забезпечують виникнення між відповідними пластинами Х-Хі У-Урізниці потенціалів, що керують переміщенням сфокусованого електронного променя в потрібну точку екрана для отримання потрібного зображення. При вплив на цей потік двох модулюючих напруг одночасно можна домогтися відхилення електронного променя будь-яку точку робочої поверхні екрана.

Висновок:Перевагою ЕПТ з електростатичним управлінням є те, що в них витрати потужності на управління променем невеликі, схема управління відхиленням електронного променя значно простіше, ніж у ЕПТ з магнітним управлінням. Величина відхилення променя в трубках даного типу практично не залежить від частоти напруги, що відхиляє.

§ 137. Електронно-променева трубка. Осцилограф

Для спостереження, запису, вимірювань і контролю різних процесів, що змінюються в пристроях автоматики, телемеханіки та інших галузях техніки застосовують осцилографи (рис. 198). Основною частиною осцилографа є електронно-променева трубка - електровакуумний прилад, у найпростішому вигляді призначений для перетворення електричних сигналів у світлові.

Розглянемо, як відхиляється електрон та електронний промінь в електричному полі електронно-променевої трубки осцилографа.
Якщо електрон помістити між двома паралельними пластинами (рис. 199, а), що мають різноіменні електричні заряди, під дією електричного поля, що виникає між пластинами, електрон відхилиться, так як він заряджений негативно. Він відштовхується від пластини А, що має негативний заряд, і притягується до пластини Бмає позитивний електричний заряд. Рух електрона буде спрямовано вздовж ліній поля.

Коли в поле між пластинами потрапляє рухається зі швидкістю Vелектрон (рис. 199, б), то на нього діють не тільки сили поля F, але й сила F 1, спрямована на його рух. В результаті дії цих сил електрон відхилиться від свого прямолінійного шляху і переміщатиметься по лінії ОК. - по діагоналі.
Якщо між пластинами пропустити вузький пучок електронів, що рухаються - електронний промінь (рис. 199, в), він під дією електричного поля відхилиться. Кут відхилення електронного променя залежить від швидкості руху електронів, з яких складається промінь, та величини напруги, що створює електричне поле між пластинами.
Кожна електронно-променева трубка (рис. 200) є балоном, з якого викачано повітря. Конічна частина внутрішньої поверхні балона покрита графітом і називається аквадагом. Всередині балона 3 міститься електронний прожектор 8 - електронна гармата, що відхиляє пластини 4 і 6 , та екран 5 . Електронний прожектор трубки складається з підігрівного катода, який випромінює електрони, системи електродів, що утворюють електронний промінь. Цей промінь, що випускається катодом трубки, переміщається з великою швидкістю до екрану і по суті є електричним струмом, спрямованим у бік зворотного руху електронів.

Катод є нікелевим циліндром, торець якого покритий шаром оксиду. Циліндр одягнений на тонкостінну керамікову трубку, а всередині неї для підігріву катода міститься нитка з вольфраму, виконана у вигляді спіралі.
Катод розташований усередині керуючого електрода 7 , що має форму склянки. У дні склянки зроблено невеликий отвір, через який проходять електрони, що вилітають із катода; цей отвір називається діафрагмою. На електрод, що управляє, подається невелика негативна напруга (порядку декількох десятків вольт) по відношенню до катода. Воно створює електричне поле, що діє електрони, що вилітають з катода так, що вони збираються у вузький промінь, спрямований у бік екрану трубки. Точка перетину траєкторій польоту електронів називається першим фокусом трубки. Збільшуючи негативну напругу на електроді, що управляє, можна частину електронів відхилити настільки, що вони не пройдуть через отвір і таким чином кількісно електронів, що потрапляють на екран, зменшиться. Змінюючи напругу електрода, що управляє, можна регулювати кількість електронів в ньому. Це дозволяє змінювати яскравість плями, що світиться на екрані електроннопроменевої трубки, який покритий спеціальним складом, що володіє здатністю світитися під впливом електронного променя, що потрапляє на нього.
До складу електронної гармати також входять два анода, що створюють прискорююче поле: перший - фокусуючий 1 і другий - керуючий 2 . Кожен з анодів є циліндром з діафрагмою, яка служить для обмеження поперечного перерізу електронного променя.
Аноди розташовуються вздовж осі трубки на деякій відстані один від одного. На перший анод подається позитивна напруга порядку кількох сотень вольт, а другий анод, з'єднаний з аквадагом трубки, має позитивний потенціал, в кілька разів більший за потенціал першого анода.
Електрони, що вилітають з отвору керуючого електрода, потрапляючи в електричне поле першого анода, набувають великої швидкості. Пролітаючи всередині першого анода, пучок електронів під дією сил електричного поля стискається та утворює тонкий електронний промінь. Далі електрони пролітають через другий анод, набувають ще більшої швидкості (кілька тисяч кілометрів на секунду), летять через діафрагму до екрану. На останньому під дією ударів електронів утворюється пляма, що світиться діаметром менше одного міліметра. У цій плямі розташований другий фокуселектронно-променевої трубки.
Для відхилення електронного променя у двох площинах електронно-променева трубка забезпечена двома парами пластин 6 і 4 , Розташовані в різних площинах перпендикулярно одна одній.
Перша пара пластин 6 , що знаходиться ближче в електронній гарматі, служить для відхилення променя у вертикальному напрямку; ці пластини називаються вертикально відхиляють. Друга пара пластин 4 розташована ближче до екрана трубки, служить для відхилення променя в горизонтальному напрямку; ці пластини називаються горизонтально відхиляють.
Розглянемо принцип дії пластин, що відхиляють (рис. 201).

Відхиляючі пластини У 2 та Г 2 підключені до двигунів потенціометрів Пв і Пр. До кінця потенціометрів подається постійна напруга. Відхиляючі пластини У 1 та Г 1 як і середні точки потенціометрів, заземлені, та його потенціали дорівнюють нулю.
Коли двигуни потенціометрів стоять в середньому положенні, потенціал на всіх пластинах дорівнює нулю, і електронний промінь створює пляму, що світиться, в центрі екрану - точку Про. При переміщенні двигуна потенціометра Пг вліво на пластину Г 2 подається негативна напруга і тому електронний промінь, відштовхуючись від цієї пластини, відхилиться і точка, що світиться, на екрані зміститься в напрямку точки А.
При переміщенні двигуна потенціометра Пг праворуч потенціал пластини Г 2 буде збільшуватися і електронний промінь, а отже, і точка, що світиться, на екрані змістяться по горизонталі до точки Б. Таким чином, при безперервній зміні потенціалу на пластині Г 2 електронний промінь прокреслить на екрані горизонтальну лінію АБ.
Аналогічно при зміні потенціометром Пв напруги на пластинах, що вертикально відхиляють, промінь буде відхилятися по вертикалі і прокреслить на екрані вертикальну лінію ВГ. При одночасному зміні напруги обох парах відхиляючих пластин можна перемістити електронний промінь у напрямі.
Екран електронно-променевої трубки покритий спеціальним складом - люмінофором, здатним світитися під дією ударів електронів, що швидко летять. Таким чином, коли сфокусований промінь потрапляє в ту чи іншу точку екрана, вона починає світитися.
Для покриття екранів електронно-променевих трубок використовують люмінофори у вигляді окису цинку, берилієвого цинку, суміші сірчанокислого цинку з сірчанокислим кадмієм та ін. Ці матеріали мають властивість продовжувати деякий час своє свічення після припинення ударів електронів. Це означає, що вони мають післясвіченням.
Відомо, що очі людини, отримавши зорове враження, може утримати його приблизно 1/16 секунди. В електронно-променевій трубці промінь по екрану може переміщатися настільки швидко, що ряд послідовних точок, що світяться, на екрані сприймаються оком у вигляді суцільної світиться лінії.
Напруга, що підлягає вивченню (розгляду) за допомогою осцилографа, подається на пластини, що вертикально відхиляють трубки. На горизонтально відхиляючі пластини подають пилкоподібну напругу, графік якої наведено на рис. 202 а.

Ця напруга дає електронний генератор пилкоподібних імпульсів, який змонтований усередині осцилографа. Під дією пилкоподібної напруги електронний промінь переміщається горизонтально екраном. За час t 1 - t 8 промінь переміщається по екрану зліва направо, а за час t 9 - t 10 швидко повертається у вихідне положення, потім знову рухається зліва направо і т.д.
З'ясуємо, як можна побачити на екрані електронно-променевої трубки осцилографа форму кривої миттєвих значень напруги, що подається на пластини, що вертикально відхиляють. Припустимо, що до горизонтально відхиляючих трубок подано пилкоподібну напругу з амплітудою 60 вта з періодом зміни до 1/50 сік.
На рис. 202 б показаний один період синусоїдальної напруги, форму кривої якого ми хочемо побачити, а в колі (рис. 202, в) показано результуюче переміщення електронного променя на екрані трубки осцилографа.
Напруження в ті самі миті мають на верхніх двох графіках однакові позначення.
У момент часу t 1 пилкоподібна напруга ( Uг), що відхиляє електронний промінь по горизонталі, дорівнює 60 в, а напруга на вертикальних пластинах Uоднаково нулю і на екрані світиться точка O 1 . У момент часу t 2 напруга Uг = - 50 в, а напруга Uв = 45 в. За час, що дорівнює t 2 - t 1 , електронний промінь переміститься в положення O 2 по лінії O 1 - O 2 . У момент часу t 3 напруга Uг = 35 в, а напруга Uв = 84,6 в. За час t 3 - t 2 промінь переміститься в точку O 3 по лінії O 2 - O 3 і т.д.
Процес впливу електричних полів, створюваних обома парами пластин, що відхиляють, на електронний промінь буде продовжуватися, і промінь відхилятиметься далі по лінії O 3 - O 4 - o 6 і т.д.
За час t 10 - t 9 електронний промінь швидко відхилиться вліво (відбудеться зворотний хід променя), а потім процес повторюватиметься: Досліджувана напруга змінюється періодично, тому електронний промінь буде багаторазово переміщатися по тому самому шляху, в результаті чого буде видно досить яскрава лінія, що за формою збігається з формою кривої напруги, поданого на вертикально відхиляють пластини трубки.
Так як період (і частота) напруги пилкоподібних імпульсів розгортки і досліджуваної напруги рівні, то синусоїда на екрані буде нерухома. Якщо частота цих напруг різна і не кратна один одному, зображення буде переміщатися вздовж екрана трубки.
При підключенні до обох пар відхиляють пластин двох синусоїдальних напруг однакових амплітуд і частот, але зрушених по фазі на 90 °, на екрані трубки буде видно коло. Таким чином, за допомогою осцилографа можна спостерігати та досліджувати різні процеси, що відбуваються в електричних ланцюгах. Крім генератора пилкоподібних імпульсів, осцилограф має підсилювачі для посилення напруги, що подається на пластини вертикального відхилення променя, і пилкоподібної напруги, що подається на пластини горизонтального відхилення.

Як працює електронно-променева трубка?

Електронно-променеві трубки - це електровакуумні прилади, в яких утворюється електронний пучок малого поперечного перерізу, причому електронний пучок може відхилятися в бажаному напрямку та, потрапляючи на люмінесцентний екран, викликати його свічення (рис. 5.24). Електронно-променева трубка є електронно-оптичним перетворювачем, що перетворює електричний сигнал відповідне йому зображення у вигляді імпульсного коливання, що відтворюється на екрані трубки. Електронний пучок утворюється в електронному прожекторі (або електронній гарматі), що складається з катода і електродів, що фокусують. Перший фокусуючий електрод, який називають також модуляторомвиконує функції сітки з негативним зсувом, що направляє електрони до осі трубки. Зміна напруги усунення сітки впливає число електронів, отже, на яскравість одержуваного на екрані зображення. За модулятором (у напрямку екрана) розташовані такі електроди, завданням яких є фокусування і прискорення електронів. Вони діють за принципом електронних лінз. Фокусуюче-прискорюючі електроди називаються анодамиі на них подається позитивна напруга. Залежно від типу трубки анодні напруги мають значення від кількох сотень вольт до кількох десятків кіловольт.

Мал. 5.24. Схематичне зображення електронно-променевої трубки:

1 - катод; 2 - анод I: 3 - анод ІІ; 4 - горизонтальні пластини, що відхиляють; 5 - електронний пучок; 6 - Екран; 7 - вертикальні пластини, що відхиляють; 8 - Модулятор

У деяких трубках фокусування пучка проводять за допомогою магнітного поля шляхом використання котушок, розташованих зовні лампи, замість електродів, що знаходяться всередині трубки і створюють електричне фокусуюче поле. Відхилення пучка здійснюється двома методами: за допомогою електричного або магнітного поля. У першому випадку в трубці поміщають відхиляючі пластини, у другому - зовні трубки монтують котушки, що відхиляють. Для відхилення як у горизонтальному, так і вертикальному напрямках використовують пластини (або котушки) вертикального або горизонтального відхилення променя.

Екран трубки покритий зсередини матеріалом – люмінофором, що світиться під впливом бомбардування електронами. Люмінофори відрізняються різним кольором свічення та різним часом свічення після припинення збудження, яке називається часом післясвічення. Зазвичай воно становить від часток секунди до декількох годин в залежності від призначення трубки.

Електронно-променеві трубки(ЕЛТ) – електровакуумні прилади, призначені для перетворення електричного сигналу у світлове зображення за допомогою тонкого електронного променя, що спрямовується на спеціальний екран, покритий люмінофором- Складом, здатним світитися при бомбардуванні його електронами.

На рис. 15 показано пристрій електронно-променевої трубки з електростатичною фокусуваннямта електростатичним відхиленням променя. У трубці є оксидний підігрівний катод з поверхнею, що емітує, зверненої до отвору в модуляторі. На модульаторі щодо катода встановлюється невеликий негативний потенціал. Далі по осі трубки (і по ходу променя) розташовується фокусуючий електрод, званий також першим анодом, його позитивний потенціал сприяє витягу електронів з прокатодного простору через отвір модулятора і формуванню з них вузького променя. Подальше фокусування та прискорення електронів здійснює поле другого анода (прискорюючого електрода). Його потенціал у трубці найбільш позитивний і становить одиниці – десятки кіловольт. Сукупність катода, модулятора і електрода, що прискорює, утворює електронну гармату (електронний прожектор). Неоднорідне електричне поле у ​​просторі між електродами діє на електронний пучок як збиральна електростатична лінза. Електрони під дією цієї лінзи сходяться в крапку на внутрішній стороні екрана. Екран зсередини покритий шаром люмінофора – речовини, що перетворює енергію потоку електронів у світло. Зовні місце падіння потоку електронів на екран світиться.

Для управління положенням плями, що світиться, на екрані і тим самим отримання зображення електронний промінь відхиляють по двох координатах за допомогою двох пар плоских електродів – відхиляючих пластин X і Y. Кут відхилення променя залежить від напруги, доданої до пластин. Під дією змінних напруг, що відхиляють, на пластинах промінь оббігає різні точки на екрані. Яскравість свічення точки залежить від сили струму променя. Для управління яскравістю подають змінну напругу на вхід модулятора Z. Для отримання стійкого зображення періодичного сигналу здійснюють його періодичну розгортку на екрані, синхронізуючи напругу розгортки, що лінійно змінюється, по горизонталі X досліджуваним сигналом, який одночасно надходить на пластини вертикального відхилення Y. Таким шляхом формують зображення на екрані ЕЛТ. Електронний промінь має малу інерційність.

Крім електростатичної, застосовується і магнітне фокусуванняелектронного променя. Для неї використовують котушку з постійним струмом, в яку вставляють ЕЛТ. Якість магнітного фокусування вище (менше розмір плями, менше спотворення), проте магнітне фокусування громіздке і безперервно споживає енергію.

Широко застосовується (у кінескопах) магнітне відхилення променя, яке здійснюється двома парами котушок із струмами. У магнітному полі електрон відхиляється по радіусу кола, і кут відхилення може бути значно більшим, ніж в ЕПТ з електростатичним відхиленням. Однак швидкодія магнітної системи, що відхиляє, невисока через інерційність котушок зі струмом. Тому в осцилографічних трубках застосовують виключно електростатичне відхилення променя як менш інерційне.

Екран є найважливішою частиною ЕЛТ. В якості електролюмінофорівзастосовують різні неорганічні сполуки та їх суміші, наприклад, сульфіди цинку та цинку-кадмію, силікат цинку, вольфрамати кальцію та кадмію тощо. з домішками активаторів (міді, марганцю, вісмуту та ін.). Основні параметри люмінофора: колір освітлення, яскравість, сила світла плями, світлова віддача, післясвітлення. Колір свічення визначається складом люмінофора. Яскравість світіння люмінофора Кд/м 2

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

де dn/dt – потік електронів на секунду, тобто струм променя, А;

U 0 - потенціал світіння люмінофора,;

U - прискорююча напруга другого анода,;

Сила світла плями пропорційна яскравості. Світлова віддача – це відношення сили світла плями до потужності променя Кд/Вт.

Посвічення- Це час, протягом якого яскравість плями після вимкнення променя спадає до 1% початкового значення. Розрізняють люмінофори з дуже коротким (менше 10 мкс) післясвіченням, з коротким (від 10 мкс до 10 мс), середнім (від 10 до 100 мс), тривалим (від 0,1 до 16 с) та дуже тривалим (більше 16 с) післясвіченням. Вибір величини післясвітлення визначається областю застосування ЕЛТ. Для кінескопів застосовують люмінофори з малим післясвіченням, оскільки зображення на екрані кінескопа постійно змінюється. Для осцилографічних трубок використовують люмінофори з післясвітленням від середнього до дуже тривалого, залежно від частотного діапазону сигналів, що підлягають відображенню.

Важливе питання, яке потребує більш докладного розгляду, пов'язане з потенціалом ЕПТ. Коли електрон попадає на екран, він заряджає екран негативним потенціалом. Кожен електрон підзаряджає екран, і його потенціал стає все більш негативним, так що дуже швидко виникає поле, що гальмує, і рух електронів до екрану припиняється. У реальних ЕПТ це не відбувається, тому що кожен електрон, що потрапив на екран, вибиває з нього вторинні електрони, тобто має місце вторинно-електронна емісія. Вторинні електрони забирають з екрану негативний заряд, а для їх видалення з простору перед екраном внутрішні стінки ЕПТ покриті провідним шаром на основі вуглецю, електрично з'єднаним з другим анодом. Для того, щоб цей механізм працював, коефіцієнт вторинної емісії, тобто, відношення числа вторинних електронів до первинних, повинно перевищувати одиницю. Однак у люмінофорів коефіцієнт вторинної емісії Кве залежить від напруги на другому аноді U a . Приклад такої залежності зображено на рис. 16, звідки слідує, що потенціал екрану не повинен перевищувати величину

U a max , інакше яскравість зображення не збільшуватиметься, а зменшуватиметься. Залежно від матеріалу люмінофора напруга U a max = 5...35 кВ. Для підвищення граничного потенціалу екран зсередини покривають тонкою плівкою металу, що проникається для електронів (зазвичай алюмінію – алюмінієвийекран), електрично з'єднаної з другим анодом. У цьому випадку потенціал екрану визначається не коефіцієнтом вторинної емісії люмінофора, а напругою другого аноді. Це дозволяє використовувати вищу напругу другого анода та отримувати більш високу яскравість свічення екрану. Яскравість світіння збільшується також і через відбиття світла, що випромінюється всередину трубки, від алюмінієвої плівки. Остання прозора лише досить швидких електронів, тому напруга другого анода має перевищувати 7…10 кВ.

Термін служби електронно-променевих трубок обмежується не тільки втратою емісії катодом, як у інших електровакуумних приладів, але й руйнуванням люмінофора на екрані. По-перше, потужність електронного променя використовується вкрай неефективно. Не більше двох відсотків її перетворюються на світло, тоді як понад 98% лише нагрівають люмінофор, при цьому відбувається його руйнування, що виражається в тому, що світлова віддача екрана поступово знижується. Вигоряння відбувається швидше при збільшенні потужності потоку електронів, при зниженні напруги, що прискорює, а також більш інтенсивно в місцях, на які промінь падає більший час. Інший фактор, що знижує термін служби електронно-променевої трубки, - це бомбардування екрану негативними іонами, що утворюються з атомів оксиду катода. Розганяючись прискорюючим полем, ці іони рухаються до екрану, проходячи систему, що відхиляє. У трубках з електростатичним відхиленням іони відхиляються так само ефективно, як і електрони, тому потрапляють на різні ділянки екрану більш менш рівномірно. У трубках з магнітним відхиленням іони відхиляються слабше через свою багаторазово більшу масу, ніж у електронів, і потрапляють, в основному, в центральну частину екрана, з часом утворюючи на екрані так звану «іонну пляму, що поступово темніє». Трубки з алюмінієвим екраном набагато менш чутливі до іонного бомбардування, так як алюмінієва плівка перегороджує шлях іонам до люмінофору.

Найбільш широко застосовуються два типи електронно-променевих трубок: осцилографічніі кінескопи. Осцилографічні трубки призначені для відображення різноманітних процесів, які представлені електричними сигналами. Вони мають електростатичне відхилення променя, оскільки воно дозволяє осцилографу відображати більш високочастотні сигнали. Фокусування променя також електростатичне. Зазвичай осцилограф використовується в режимі з періодичною розгорткою: на пластини горизонтального відхилення від внутрішнього генератора розгортки надходить пилкоподібна напруга з постійною частотою ( напруга розгортки), до пластин вертикального відхилення прикладається посилена напруга досліджуваного сигналу. Якщо періодичний сигнал і його частота в ціле число разів перевищує частоту розгортки, на екрані виникає нерухомий графік сигналу в часі ( осцилограма). Сучасні осцилографічні трубки за конструкцією складніші, ніж зображена на рис. 15, вони мають більшу кількість електродів, застосовуються також двопроменевіосцилографічні ЕЛТ, що мають подвійний комплект всіх електродів при одному загальному екрані і дозволяють відображати синхронно два різні сигнали.

Кінескопи являють собою ЕПТ з яскравою відміткою, тобто з керуванням яскравістю променя шляхом зміни потенціалу модулятора; вони застосовуються в побутових та промислових телевізорах, а також моніторахкомп'ютерів для перетворення електричного сигналу на двовимірне зображення на екрані. Від осцилографічних ЕПТ кінескопи відрізняються великими розмірами екрану, характером зображення ( напівтоновена всій поверхні екрана), застосуванням магнітного відхилення променя по двох координатах, відносно малим розміром плями, що світиться, жорсткими вимогами до стабільності розмірів плями і лінійності розгорток. Найбільш досконалими є кольорові кінескопи для моніторів комп'ютерів, мають високу роздільну здатність (до 2000 рядків), мінімальні геометричні спотворення растру, правильну кольоропередачу. У різний час випускалися кінескопи з розміром екрана по діагоналі від 6 до 90 см. Довжина кінескопа по його осі зазвичай трохи менша за розмір діагоналі, максимальний кут відхилення променя 110...116 0 . Екран кольорового кінескопа зсередини покритий безліччю точок або вузьких смуг з люмінофорів різних складів, що перетворюють електричний промінь на один із трьох основних кольорів: червоний, зелений, блакитний. У кольоровому кінескопі три електронні гармати, по одній на кожний основний колір. При розгортанні екраном промені переміщаються паралельно і засвічують сусідні ділянки люмінофора. Струми променів різні і залежать від кольору зображення зображення. Крім кінескопів для безпосереднього спостереження, існують проекційні кінескопи, що мають при невеликих розмірах високу яскравість зображення на екрані. Це яскраве зображення потім проектується оптичними засобами на плоский білий екран, отримуючи зображення великого розміру.

Після системи, що відхиляє електрони потрапляють на екран ЕПТ. Екран є тонким шаром люмінофора, нанесеного на внутрішню поверхню торцевої частини балона і здатного інтенсивно світитися при бомбардуванні електронами.

У ряді випадків поверх шару люмінофора наноситься тонкий шар алюмінію, що проводить. Властивості екрана визначаються його

характеристиками та параметрами. До основних параметрів екранів належать: першийі другий критичні потенціали екрану, яскравість свічення, світлова віддача, тривалість післясвічення.

Потенціал екрану. При бомбардуванні екрану потоком електронів із його поверхні виникає вторинна електронна емісія. Для відведення вторинних електронів стінки балона трубки поблизу екрану покриваються графітовим шаром, що проводить, який з'єднується з другим анодом. Якщо цього робити, то вторинні електрони, повертаючись на екран, разом із первинними будуть знижувати його потенціал. У цьому випадку в просторі між екраном і другим анодом створюється електричне поле, що гальмує, яке відображатиме електрони променя. Таким чином, для усунення поля, що гальмує, від поверхні непровідного екрана необхідно відводити електричний заряд, що переноситься електронним променем. Практично єдиним шляхом компенсації заряду є використання вторинної емісії. При падінні електронів на екран їх кінетична енергія перетворюється на енергію світіння екрану, йде його нагрівання і викликає вторинну емісію. Величина коефіцієнта вторинної емісії визначає потенціал екрана. Коефіцієнт вторинної емісії електронів а = / в // л (/„ - струм вторинних електронів, / л - струм променя, або струм первинних електронів) з поверхні екрана широкому діапазоні зміни енергії первинних електронів перевищує одиницю (рис. 12.8, о < 1 на участке Про Акривий при V < С/ кр1 и при 15 > З/ кр2).

При і < (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 та л2= Г/крР, що відповідає точці А на рис. 12.8, називається першим критичним потенціалом.

При С/а2 = £/кр1 потенціал екрану наближається до нуля.

Якщо енергія пучка стає більшою за е£/ кр1 , то про > 1 і екран починає заряджатися поло-

Мал. 12.8

тельно щодо останнього анода прожектора. Процес триває доти, доки потенціал екрана стане приблизно рівним потенціалу другого анода. Це означає, що число електронів, що йдуть з екрана, дорівнює кількості падаючих. У діапазоні зміни енергії пучка від е£/кр1 до С/кр2 з > 1 і потенціал екрану досить близький до аноду прожектора. При та &2 >Н кр2 коефіцієнт вторинної емісії а< 1. Потенциал экрана вновь снижается, и у экрана начинает формироваться тормозящее для электронов луча поле. Потенциал ікр2 (відповідає точці Уна рис. 12.8) називають другим критичним потенціаломабо граничним потенціалом.

При енергіях електронного променя вище е11 кр2яскравість свічення екрана не збільшується. Для різних екранів Г/кр1 = = 300...500, та кр2= 5 ... 40 кВ.

При необхідності отримання більших яскравостей потенціал екрану за допомогою провідного покриття примусово підтримують рівним потенціалом останнього електрода прожектора. Покриття, що проводить, електрично з'єднане з цим електродом.

Світловіддача. Це параметр, який визначає відношення сили світла J cв,випромінюваного люмінофором нормально поверхні екрану, до потужності електронного променя Рел, що падає на екран:

Світловіддача ц визначає ККД люмінофора. Не вся кінетична енергія первинних електронів перетворюється на енергію видимого випромінювання, частина йде нагрівання екрану, вторинну емісію електронів і випромінювання в інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах спектра. Світловіддачу вимірюють у канделах на ват: для різних екранів вона змінюється в межах 0,1...15 кд/Вт. При малих швидкостях електронів світіння виникає поверхневому шарі і частина світла поглинається люмінофором. Зі збільшенням енергії електронів світловіддача зростає. Однак при дуже великих швидкостях багато електронів пробивають шар люмінофора, не роблячи збудження, і відбувається зниження світловіддачі.

Яскравість свічення. Це параметр, який визначається силою світла, що випромінюється в напрямку спостерігача одним квадратним метром поверхні, що рівномірно світиться. Яскравість вимірюють кд/м 2 . Вона залежить від властивостей люмінофора (характеризується коефіцієнтом А), щільності струму електронного променя, різниці потенціалів між катодом і екраном IIта мінімального потенціалу екрану 11 0 при якому ще спостерігається люмінесценція екрану. Яскравість світіння підкоряється закону

Значення показника ступеня п употенціалу £/ 0 для різних люмінофорів змінюються в межах відповідно 1...2,5 та

30...300 В. На практиці лінійний характер залежності яскравості від щільності струму зберігається приблизно до 100 мкА/см 2 . При великих щільності струму люмінофор починає нагріватися та вигоряти. Основний спосіб підвищення яскравості – збільшення в.

Роздільна здатність. Цей важливий параметр визначається як властивість ЕЛТ відтворювати деталі зображення. Роздільна здатність оцінюється числом окремо помітних точок, що світяться, або ліній (рядків), що припадають відповідно на 1 см 2 поверхні або на 1 см висоти екрану, або на всю висоту робочої поверхні екрана. Отже, для збільшення роздільної здатності необхідно зменшувати діаметр променя, т. Е. Потрібно добре сфокусований тонкий промінь діаметром в десяті частки мм. Роздільна здатність тим вища, чим менше струм променя і більше напруга, що прискорює. У цьому випадку реалізується найкраще фокусування. Роздільна здатність також залежить від якості люмінофора (великі зерна люмінофора розсіюють світло) та наявності ореолів, що виникають через повне внутрішнє відображення в скляній частині екрану.

Тривалість післясвічення. Час, протягом якого яскравість свічення зменшується до 1% від максимального значення, називається часом післясвічення екрану. Усі екрани поділяються на екрани з дуже коротким (менше 10 5 с), коротким (10“ 5 ...10“ 2 с), середнім (10 2 ...10 1 с), тривалим (10 Ч.Лб с) та дуже тривалим (понад 16 с) післясвіченням. Трубки з коротким та дуже коротким післясвіченням широко застосовуються при осцилографуванні, а із середнім післясвіченням – у телебаченні. У індикаторах радіолокації зазвичай використовуються трубки з тривалим післясвіченням.

У радіолокаційних трубках часто застосовують екрани, що довго світяться, мають двошарове покриття. Перший шар люмінофора – з коротким післясвіченням синього кольору – збуджується електронним променем, а другий – з жовтим кольором свічення та тривалим післясвіченням – збуджується світлом першого шару. У таких екранах вдається отримати до декількох хвилин.

Типи дисплеїв. Дуже велике значення має колір свічення люмінофора. В осцилографічної техніці при візуальному спостереженні екрану використовуються ЕПТ із зеленим свіченням, найменш стомлюючим для ока. Такий колір свічення має ортосилікат цинку, активований марганцем (віллеміт). Для фотографування кращі екрани із синім кольором світіння, властивим вольфрамату кальцію. У приймальних телевізійних трубках із чорно-білим зображенням намагаються отримати білий колір, для чого застосовуються люмінофори з двох компонентів: синього та жовтого.

Для виготовлення покриттів екранів широко застосовують також такі люмінофори: сульфіди цинку та кадмію, силікати цинку та магнію, оксиди та оксисульфіди рідкісноземельних елементів. Люмінофори на основі рідкісноземельних елементів мають цілу низку переваг: вони більш стійкі до різних впливів, ніж сульфідні, досить ефективні, мають більш вузьку спектральну смугу випромінювання, що особливо важливо у виробництві кольорових кінескопів, де необхідна висока чистота кольору і т.д. прикладу можна навести порівняно широко використовуваний люмінофор на основі оксиду ітрію, активованого європієм У 203: Їй. Цей люмінофор має вузьку смугу випромінювання у червоній області спектру. Хорошими характеристиками має також люмінофор, що складається з оксисульфіду ітрію з домішкою європію У 2 0 3 8: Їй, який має максимум інтенсивності випромінювання в червоно-жовтогарячій області видимої ділянки спектра і кращу хімічну стійкість, ніж У 2 0 3: Еі-люмінофор.

Алюміній хімічно інертний при взаємодії з люмінофорами екранів, легко наноситься на поверхню випаровуванням у вакуумі і добре відбиває світло. До недоліків алюмінієвих екранів можна віднести те, що алюмінієва плівка поглинає та розсіює електрони з енергією менше 6 кеВ, тому в цих випадках світловіддача різко падає. Наприклад, світловіддача алюмінієвого екрану при енергії електронів 10 кеВ приблизно на 60% більше, ніж при 5 кеВ. Екрани трубок мають прямокутну чи круглу форму.