Глава 5

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРИБОРЫ.

Электронно-лучевыми приборами называются электровакуумные приборы, действие которых основано на формировании и управлении по интенсивности и положению одним или более электронными пучками. Несмотря на большое разнообразие электронно-лучевых приборов, как по устройству, так и по назначению, между ними есть много общего. Любой электронно лучевой прибор всегда содержит три основных элемента: электронный прожектор, формирующий электронный пучок или луч, отклоняющую систему и приемник электронов – экран или систему электродов электронного коммутатора. Если в основу классификации электронно лучевых приборов положить наиболее существенный преобразовательный признак, то все эти приборы можно разделить на четыре группы:

1. Приборы, преобразующие электрический сигнал в изображение - приемные электронно лучевые трубки; индикаторные и осциллографические трубки; кинескопы и др.

2. Приборы, преобразующие изображение в электрический сигнал - передающие электронно-лучевые трубки.

3. Приборы, преобразующие электрический сигнал в электрический -потенциалоскопы, электронно лучевые коммутаторы.

4. Приборы, преобразующие невидимое изображение в видимое – электронно оптические преобразователи (приборы ночного видения) и электронные микроскопы с высокой разрешающей способностью.

5. В последние годы получили значительное развитие и применение электронно-лучевая техника и технология - комплекс средств, обеспечивающих получение и эффективное использование электронных пучков для проведения различных технологических операций. Электронно-лучевая технология в основном базируется на преобразовании энергии электронных пучков в тепловую энергию обрабатываемого объекта. Достоинства электронно-лучевого метода нагрева и соответствующей аппаратуры состоят в высоком КПД преобразования электрической энергии в энергию пучка ускоренных электронов, в большой эффективности преобразования этой энергии в тепловую, в возможности достижения высокой плотности мощности на объекте, в гибкости управления электронным пучком электромагнитными полями. Благодаря этому обеспечиваются высокое качество обработки и широкие возможности автоматизации электронно-лучевых технологических процессов.

В настоящей главе рассматриваются только приборы принцип действия, которых построен на использовании низкоточных электронных пушках. Устройство и работа приборов с высокоточными пушками для обеспечения различных технологических процессов выходит за рамки настоящего пособия.

1.5. Кинескопы.

Кинескопы применяются в телевизорах для воспроизведения подвижных изображений. Современные кинескопы имеют электростатическую фокусировку и магнитное отклонение луча. Через отклоняющие катушки пропускают токи пилообразной формы (рис. 1.5,а), вследствие чего на экране высвечивается телевизионный растр (рис. 1.5,б). Один законченный цикл высвечивания называется кадром. Отклонение луча по горизонтали называется строчной разверткой. По принятому в нашей стране стандарту кадр содержит 625 строк. Отклонение луча по вертикали называется кадровой разверткой (25 кадров в секунду). Кратковременность воздействия электронного луча на отдельные точки экрана должна быть скомпенсирована повышенной яркостью светящегося пятна. Это достигается в кинескопе высоким анодным напряжением (U_а=10-15 кВ). Для уменьшения мерцания светящегося растра высвечивание осуществляется через строчку полукадрами в соответствии с временными диаграммами (рис. 1.5,а).

а б в

Рис.1.5. а). Временные диаграммы токов в отклоняющих магнитных катушках. б). Телевизионный растр (кадр) с изображением. в). Модуляционная характеристика кинескопа.

Основной характеристикой кинескопа является - модуляционная характеристика (рис; 1.5,в). Изменение яркости свечения пятна, вызываемое действием модулятора, на который подается телевизионный сигнал, позволяет получить на экране в процессе развертки луча черно-белое изображение (рис. 1.5,б).

Для того чтобы светлые элементы телевизионного изображения не засвечивали темные, лучами, отраженными от внутренних стенок колбы, и тем самым не ухудшали контрастность, люминофор с внутренней стороны обычно покрывают тонкой пленкой алюминия (рис. 2.5,а). Алюминиевая пленка является прозрачной для электронов луча и не прозрачной для световых лучей, благодаря чему и устраняется засветка экрана светом, рассеянным от стенок баллона и светом, идущим от одних участков полусферического экрана к другим. Кроме того, отражая свет пятна наружу (в сторону зрителя), алюминиевая пленка увеличивает яркость.

Стекло экрана делают дымчатым для поглощения лучей, появляющихся при полном внутреннем отражении от внешней границы стекла, что ослабляет засветку темных участков изображения, расположенных рядом со светлыми.

а б

Рис. 2.5. а). Экран с дымчатым стеклом и алюминиевой защитной пленкой. б). Ионная ловушка.

Для трубок с магнитным отклонением луча большую опасность представляют отрицательные ионы кислорода О^2-, источником которых является оксидный катод. Обладая большой массой и малой скоростью, они отклоняются магнитным полем Х и У катушек значительно слабее электронов и поэтому достаточно быстро разрушают люминофор в центре экрана, образуя так называемое ионное пятно. Для ликвидации этого явления все современные кинескопы снабжаются ионными ловушками. Простейшая конструкция ионной ловушки показана на рис. 2.5,б, где обозначены: К — катод, М — модулятор, Э — ускоряющий электрод, А₁ — первый анод. Электронный луч, идущий от катода, направляется под углом 10—15° к оси трубки. Поперечное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, отклоняет пучок электронов и направляет его по оси трубки. При этом ионы, отклоняясь значительно слабее, попадают на стенку и диафрагму первого анода или ускоряющего электрода и не доходят до экрана трубки.

В настоящее время находят широкое применение цветные кинескопы Принцип действия данных кинескопов, основан на особенностях человеческого зрения приспособленного ощущать независимо три цвета: синий, зеленый и красный. Все остальные цвета получаются как результат смешения тех или иных основных трех цветов. Например, желтый цвет получается как результат смешения зеленого и красного цветов в соответствующей пропорции.

Экран цветного кинескопа содержит 117000 групп точек; каждая группа состоит из трех точек (три состава люминофора, светящихся красным, синим и зеленым светом, основные цвета, в совокупности, дающие белый свет). Перед экраном стоит диафрагма (теневая маска) с таким же числом отверстий – по одному отверстию перед каждой группой. В цветном кинескопе три электронных прожектора, но отклонение всех трех лучей производится одной отклоняющей

Рис.3.5. Фрагмент экрана цветного кинескопа с теневой маской.

системой. При этом в пространстве лучи ориентируются так, чтобы их пересечение происходило в плоскости теневой маски, и каждый из них попадал на точку люминофора своего цвета (рис. 3.5). Цветной телевизионный сигнал в приемнике разделяется на три сигнала, поступающих на модулятор прожекторов соответствующих электронных лучей, воспроизводящих на экране свои цвета, которые смешиваясь, дают цветное изображение, по качеству не уступающего цветному кино.