Электронно-лучевые приборы

(перенаправлено с «ЭЛТ»)
Иконоскоп. Рисунок и принципиальная схема из патента В. К. Зворыкина 1931 года. В центре колбы под углом установлена мишень, облучаемая расположенным справа сканирующим прожектором.

Электронно-лучевые приборы (ЭЛП), также катодная трубка (англ. cathode ray tube) или электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) — класс вакуумных электронных приборов, в которых используется поток электронов, сконцентрированный в форме одиночного луча или пучка лучей, которые управляются как по интенсивности (току), так и по положению в пространстве, и взаимодействуют с неподвижной пространственной мишенью (экраном) прибора[1][2][3]. Основная сфера применения ЭЛП — преобразование оптической информации в электрические сигналы и обратное преобразование электрического сигнала в оптический — например, в видимое телевизионное изображение[3].

В класс электронно-лучевых приборов не включаются рентгеновские трубки, фотоэлементы, фотоумножители, газоразрядные приборы (декатроны) и приёмно-усилительные электронные лампы (лучевые тетроды, электровакуумные индикаторы, лампы со вторичной эмиссией и тому подобное) с лучевой формой токов.

Устройство

Электронно-лучевой прибор состоит, как минимум, из трёх основных частей:

  • Электронный прожектор (пушка[4]) формирует электронный луч (или пучок лучей, например, три луча в цветном кинескопе) и управляет его интенсивностью (током);
  • Отклоняющая система управляет пространственным положением луча (отклонением его от оси прожектора);
  • Мишень (экран) приёмного ЭЛП преобразует энергию луча в световой поток видимого изображения; мишень передающего или запоминающего ЭЛП накапливает пространственный потенциальный рельеф, считываемый сканирующим электронным лучом[1][3].

Принцип действия и устройство приёмных электронно-лучевых трубок

Приёмные ЭЛТ разделяют по способу отклонения и фокусировки потока электронов (электронного луча), по длительности послесвечения экрана и конструктивным параметрам.

По способу фокусировки и отклонения луча ЭЛТ делятся на:

  • трубки с магнитным управлением - для фокусировки и отклонения луча используется магнитное поле
  • трубки с электростатическим отклонением - для фокусировки и отклонения луча используется электрическое поле
  • в некоторых случаях (в кинескопах) используется комбинированное управление лучом: электростатическая фокусировка и магнитное отклонение луча

Одним из основных параметров, характеризующих ЭЛТ является длительность послесвечения экрана - время, в течение которого яркость экрана после удаления луча уменьшается до 1% от первоначальной.

По длительности послесвечения различают следующие типы ЭЛТ:

  • с очень коротким послесвечением - менее 10-5 сек
  • с коротким послесвечением - от 10-5 до 10-2 сек
  • со средним послесвечением - от 10-2 до 10-1 сек
  • с длительным послесвечением - от 10-1 до 15 сек
  • с очень длительным послесвечением - свыше 15 сек

Трубки с длительным послесвечением часто используют в радиолокационной технике, поскольку период смены изображений в индикаторах РЛС может достигать десятков секунд и более.

Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением

 
Схематическое расположение элементов ЭЛТ с электростатическим управлением

Данная трубка состоит из трёх элементов:

  • электронного прожектора, создающего узкий электронный луч, направленный вдоль трубки
  • отклоняющей системы
  • флуоресцирующего экрана для индикации положения электронного луча


Электронный прожектор

В его состав входят: катод (4), управляющий электрод (3), первый (5) и второй (6) аноды

  • катод предназначен для создания потока электронов. В ЭЛТ обычно применяется катод косвенного накала в виде цилиндра, внутри которого находится подогреватель. Активный (излучающий) слой наносится только на дно цилиндра, поэтому катод имеет плоскую излучающую поверхность и электроны излучаются узким лучом в направлении экрана.
  • управляющий электрод (модулятор) предназначен для регулировки яркости светового пятна на экране (10). Электрод также выполнен в виде никелевого цилиндра, окружающего катод. Дно цилиндра выполнено в виде диска с диафрагмой диаметром <1 мм, сквозь которую пролетают электроны, излучаемые катодом. В связи с небольшим диаметром диафрагмы электроны, траектории которых отклоняются от нормали к поверхности катода, не проходят сквозь диафрагму и в формировании луча не участвуют.
  • первый анод также представляет собой цилиндр с двумя (тремя) диафрагмами. Влияние управляющего электрода и первого анода на ток электронного луча аналогично влиянию управляющей ("первой") сетки и анода на анодный ток в ЭВП. Регулирование тока луча и, следовательно, изменения яркости светового пятна на экране трубки осуществляется путём подачи на управляющий электрод небольшое отрицательное напряжение относительно катода.
  • второй анод выполнен аналогично модулятору и первому аноду, но большего диаметра, чем первый анод. Так как второй анод является ускоряющим, к нему подводится более высокое напряжение относительно катода ( 1 кВ - 20 кВ)

Отклоняющая система

Для перемещения светового пятна по экрану, между вторым анодом и экраном располагается отклоняющая система из двух пар взаимно перпендикулярных пластин. Пластины (9) являются горизонтальноотклоняющими, т.к. между ними создаётся горизонтальное электрическое поле, то есть при подаче на них напряжения, луч будет отклоняться в горизонтальной плоскости в сторону положительно заряженной пластины. Если на пластины подавать периодически изменяющееся напряжение, то световой луч будет двигаться в разные стороны, оставляя на экране след в виде горизонтальной линии. Пластины (8) являются вертикальноотклоняющими, т.к. между ними создаётся вертикальное электрическое поле.

Исходя из вышеизложенного, если одновременно подавать напряжение на обе пары пластин, то луч будет прочерчивать на экране линию, зависящую от напряжения на пластинах отклоняющей системы.[5]

Флуоресцирующий экран

Для визуального наблюдения свечения экрана при бомбардировке экрана ЭЛТ, его покрывают люминофором - способным люминесцировать. Яркость свечения зависит от скорости электронов, плотности тока и свойств люминофора.

Люминофоры определяют цвет и длительность свечения экрана.

Классификация

Передающие электронно-лучевые приборы преобразуют оптическое изображение в электрический сигнал.

  • Диссектор («трубка мгновенного действия») — исторически первый тип передающей трубки, использовавшийся для астрономических наблюдений, в устройствах промышленной автоматики и для сканирования документов[6];
  • Иконоскоп — исторически первый тип передающей телевизионной трубки;
  • Ортикон, суперортикон, видикон — основные типы передающих трубок[7], применявшихся в телевидении до перехода на твердотельные преобразователи;
  • Специализированные приборы, например, моноскоп — трубка для преобразования в электрический сигнал единственного (отсюда название прибора) изображения, сформированного внутри трубки в процессе изготовления — как правило, испытательной таблицы.

Приёмные электронно-лучевые приборы преобразуют электрический сигнал в оптическое (видимое) изображение:

  • Осциллографическая трубка — ЭЛП с электростатическим отклонением луча, применяемые для визуализации формы электрических сигналов;
  • Кинескоп — приёмная трубка телевизионной системы с магнитной отклоняющей системой и строчной развёрткой изображения;
  • Квантоскоп (лазерный кинескоп) — разновидность кинескопа, экран которого представляет собой матрицу полупроводниковых лазеров, накачиваемых электронным лучом. Квантоскопы применяются в проекторах изображения.
  • Индикаторная электронно-лучевая трубка — приёмная трубка радиолокационной системы с магнитной отклоняющей системой и круговой развёрткой, а также разнообразные специализированные индикаторы, знакогенерирующие трубки и т. п.[8];
  • Знакогенерирующие (знакопечатающие) трубки (характрон, тайпотрон и их аналоги);
  • Запоминающая трубка записывает информацию на пространственную мишень, хранит её в течение заданного времени, и (в трубках со считыванием) воспроизводит или считывает её электронным лучом. Различные трубки этого подкласса использовались как для хранения, обработки и воспроизведения оптических изображений, так и как двоичные запоминающие устройства ранних компьютеров[9].
  • Кадроскоп — электронно-лучевая трубка с видимым изображением, предназначенная для настройки блоков разверток и фокусировки луча в аппаратуре, использующей электронно-лучевые трубки без видимого изображения (графеконы, моноскопы, потенциалоскопы). Кадроскоп имеет цоколевку и привязочные размеры, аналогичные электронно-лучевой трубке, используемой в аппаратуре. Более того, основная ЭЛТ и кадроскоп подбираются по параметрам с очень высокой точностью и поставляются только комплектом. При настройке вместо основной трубки подключают кадроскоп.

Производители

Ниже перечислены крупнейшие компании-производители ЭЛП (в алфавитном порядке) по состоянию на конец XX века[значимость факта?][10]:

Примечания

  1. 1 2 Кацнельсон, 1985, с. 23.
  2. Дулин, 1978, с. 38.
  3. 1 2 3 Колесников, 1991, с. 637.
  4. ГОСТ 17791-82 «Приборы электронно-лучевые. Термины и определения» предписывает использовать именно термин «электронный прожектор»; использование эквивалентного «электронная пушка» не допускается.
  5. Калашников А.М., Степук Я.В. Электровакуумные и полупроводниковые приборы / под ред. полковника-инженера Н.П. Ширяева. — М.: Воениздат, 1973. — С. 119-124. — 292 с.
  6. Кацнельсон, 1985, с. 293—295.
  7. Кацнельсон, 1985, с. 290.
  8. Кацнельсон, 1985, с. 275.
  9. Кацнельсон, 1985, с. 246.
  10. Kitzmiller, John W. Television Picture Tubes and Other Cathode-Ray Tubes: Industry and Trade Summary, May 1995, pp. 3-4.

Литература

  • Справочник по элементам радиоэлектронных устройств / под ред. В. Н. Дулина, М. С. Жука. — М.: Энергия, 1978.
  • Кацнельсон Б. В., Калугин А. М., Ларионов А. С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. — М.: Радио и связь, 1985.
  • Электроника: Энциклопедический словарь / В. Г. Колесников (главный редактор). — 1-е изд. — М.: Сов. энциклопедия, 1991. — С. 54. — ISBN 5-85270-062-2.
  • Шерстнев Л. Г. Электронная оптика и электроннолучевые приборы. — М.: Энергия, 1971. — 368 с.
  • Жигарев А. А. Электронная оптика и электронно-лучевые приборы. — М.: Высшая школа, 1972. — 540 с.
  • Р. А. Лачашвили, Л. В. Траубе. Проектирование электронно-лучевых приборов. — М.: Радио и связь, 1988. — 217 с. — ISBN 5-256-00039-X.
  • Калашников А.М. Степук Я.В. Электровакуумные и полупроводниковые приборы. -М.: Воениздат, 1973. - 292 с.

Ссылки