книги / Электронная оптика и электроннолучевые приборы

индикаторов с модуляцией положения в радиолокаторах можно использовать типовые осциллографические трубки.

Электроннолучевые трубки, используемые как двумерные ин­ дикаторы, обычно работают с модуляцией яркости. Эти трубки имеют некоторые особенности и чаще всего применяются в радио­ локации.

В радиолокации широкое распространение получили индикато­ ры кругового обзора. В подобных индикаторах используется кру­ говая развертка, причем дуга, описываемая пятном на экране, оп­ ределяет азимутальный угол (в естественном или трансформиро­ ванном, при секторном обзоре, масштабе), а расстояние пятна от центра — дальность. В этом случае частота круговой развертки невелика, она соответствует частоте вращения антенны. Поэтому, чтобы получить достаточно хорошо видимое изображение, следует применять длительно светящиеся экраны.

Таким образом, основным требованием, предъявляемым к ра­ диолокационным трубкам, является хорошая фокусировка, обес­ печивающая большую разрешающую способность по всему экрану при значительной яркости, что необходимо для наблюдения отме­ ток на экране в условиях внешнего освещения.

Поскольку индикаторы кругового обзора часто служат для вос­ произведения на экране карты местности, индикаторная трубка должна обладать высокой контрастностью. Экраны радиолокаци­ онных трубок, как правило, должны быть достаточно большими, чтобы можно было производить измерения положения отметок на экране с возможно меньшей погрешностью. Важным требованием является высокая линейность отклонения, так как величина сме­ щения пятна на экране должна достаточно точно воспроизводить координаты цели. В ряде случаев к радиолокационным трубкам могут предъявляться дополнительные требования, определяемые спецификой использования трубок в конкретных радиолокацион­ ных системах.

§8.2. УСТРОЙСТВО РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ТРУБОК

Всоответствии с общими требованиями узлы радиолокационных трубок имеют характерные особенности. Обеспечение высокой разрешающей способности и большой яркости свечения экрана тре­ бует высоких ускоряющих напряжений (5— 10 кв и более). В этих условиях целесообразно использовать магнитную фокусировку электронного луча. Высокая линейность отклонения, малое нару­ шение фокусировки отклоняющими системами в сочетании с боль­ шими углами отклонения (большим экраном) приводят к необхо­ димости иметь в большинстве радиолокационых трубок магнитное

отклонение луча.

Магнитное отклонение и магнитная фокусировка позволяют де­ лать горловину колб достаточно узкой — с диаметром 30—32 мм. Экраны радиолокационных трубок имеют большой диаметр — 23, 31, 45 см и более. Дно колбы обычно изготовляется отдельно из од­

нородного высококачественного стекла и затем приваривается к широкой части колбы. В ряде трубок дно делают плоским, чаше — слегка выпуклым. Поскольку магнитные системы допускают откло­ нение луча на большие углы без заметных нарушений фокусировки и линейности, колбы, даже при больших диаметрах экрана, могут быть не очень длинными. Типичная форма колбы радиолокацион­ ной трубки показана на рис. 8.1.

Высокие анодные напряжения прожектора не позволяют сде­ лать вывод анода в общий цоколь, поэтому подведение ускоряю­ щего напряжения к прожектору осуществляется через внутреннее проводящее покрытие и вывод на бо­

ковой стенке широкой части колбы. Как было указано, прожектор ра­

диолокационной трубки обычно имеет магнитную проекционную линзу. В со­ ответствии с этим прожектор строится либо по триодной схеме: катод— мо­ дулятор — анод (иммерсионный объ­ ектив) + магнитная линза, либо по тетродной схеме: катод — модулятор — ускоряющий электрод (иммерсионный объектив) +ускоряющий электрод — анод (иммерсионная линза) + магнит­ ная линза. В тетродном прожекторе

между модулятором и анодом с высоким напряжением устанавли­ вается ускоряющий электрод с напряжением в несколько сот вольт, т. е. значительно меньшим анодного напряжения. Схема тетродного прожектора показана на рис. 8.2.

Такой прожектор имеет определенные преимущества. Модуля­ ционная характеристика при небольшом напряжении ускоряюще­ го электрода может быть достаточно короткой, а запирающее на­ пряжение может быть меньше 50 в при не очень малой проницае­ мости модулятора. Короткая модуляционная характеристика, т. е. небольшая величина модуляции, особенно важна для трубок с яр­ костной отметкой, поскольку в этом случае необходимая величина сигнала, подводимого к модулятору (отпирающего луч), опреде­ ляется величиной модуляции. Кроме того, в тетродном прожекторе изменением величины напряжения ускоряющего электрода можно в некоторых пределах регулировать запирающее напряжение. И, наконец, наличие второй электростатической линзы позволяет уменьшить угол расхождения пучка после кроссовера, т. е. сделать пучок электронов в области проекционной (магнитной) линзы бо­ лее узким; при этом уменьшаются аберрации магнитной линзы и, следовательно, улучшается фокусировка. В тетродном прожекторе легче обеспечивается электрическая прочность, поскольку между катодным узлом и высоковольтным анодом имеется промежуточ­ ный электрод.

В тетродном прожекторе обычно не устанавливаются диафраг­ мы, ограничивающие пучок. Диафрагма имеется только у нижнего

3) высокую разрешающую способность, позволяющую произво­ дить достаточно точные измерения положения яркостной отметки.

Указанным требованиям в значительной мере удовлетворяют двухслойные (каскадные) экраны — с внутренним коротко светя­ щимся слоем, возбуждаемым электронным лучом, и наружным (ле­ жащим непосредственно на внутренней поверхности дна колбу) длительно светящимся слоем, возбуждаемым световым излучением внутреннего слоя. При использовании в качестве внутреннего слоя сульфида цинка, активированного серебром (см. § 6.5), яркая вспышка этого люминофора, обладающего голубым свечением, хо­ рошо видна сквозь слой длительно светящегося люминофора, что затрудняет точное определение места возникновения яркостной от­ метки на экране. Поэтому экраны радиолокационных трубок при­ крывают оранжевым светофильтром, почти полностью поглощаю­ щим голубое излучение. При этом длительное желто-оранжевое свечение наружного слоя хорошо видно сквозь светофильтр.

§ 8.3. РАЗНОВИДНОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ТРУБОК

Широкое применение в радиолокации получили трубки, удовлет­ воряющие общим требованиям, сформулированным в предыдущем параграфе. Выпускается много типов трубок с магнитной фокуси­ ровкой и магнитным отклонением, с длительным послесвечением экранов. Некоторые специальные трубки могут иметь прожекторы с электростатической фокусировкой, но отклонение у них в боль­ шинстве случаев магнитное. В радиолокационной технике исполь­ зуются также проекционные кинескопы (см. § 9.6), когда необходимо проектировать изображение с экрана индикаторной трубки на большой экран. Благодаря высокой разрешающей способности и большой яркости свечения экрана проекционные кинескопы могут обеспечить требуемое качество радиолокационного изображения.

В радиолокации находят применение трубки с записью темной трассой — скиатроны. Скиатроны имеют весьма большую длитель­ ность сохранения темной трассы на экране (см. § 6.6); темный след электронного луча хорошо виден при ярком внешнем освещении. При необходимости изображение экрана скиатрона может быть спроектировано на большой экран, для чего экран скиатрона осве­ щается мощным источником света и изображение светооптической системой переносится на большой экран, т. е. в этом случае скиатрон используется как проекционный кинескоп. Внешний вид ски­ атрона приведен на рис. 8.3.

В скиатронах обычно используются магнитная фокусировка и магнитное отклонение луча. Экран скиатрона покрыт тонким слоем хлористого калия, наносимым испарением в вакууме, т. е. является бесструктурным, что вместе с хорошей фокусировкой луча магнит­ ной линзой обеспечивает высокую разрешающую способность. По­ скольку темный след на экране скиатрона может сохраняться очень долго (до нескольких дней и даже месяцев), в скиатроне должна быть предусмотрена возможность по мере надобности быстро сти­

ра, нанесенного на сетку, наблюдается сквозь полупрозрачный слой люминофора на дне колбы. Поскольку сетка располагается доста­ точно близко к экрану, отраженные экраном электроны попадают на сетку вблизи места прохода электронного луча сквозь сетку. Поэтому четкость изображения, получаемого в обоих цветах — на экране и на сетке, — практически одинакова.

Значительное увеличение объема информации можно получить, если на экране индикаторной трубки, кроме отметок целей, воспро­ изводить различные знаки, характеризующие эти цели. Для вос­ произведения различных знаков — цифр, букв,,условных обозначе­ ний — разработаны специальные электроннолучевые трубки со

Рис. 8.4. Устройство	характрона:
ЭП — электронный прожектор; ВП — выбирающие пластины;
М —матрица; ФК — фокусирующая	катушка; КС —компен­
сирующая система; АС — адресная	отклоняющая система;
Э — экран

знаковой индикацией. Характерной особенностью этих трубок яв­ ляется наличие на пути электронного луча металлической пластин­ ки — матрицы с рядом отверстий, каждое из которых имеет фор­ му буквы, цифры или другого условного значка. Проходя сквозь матрицу, электронный пучок приобретает в сечении форму соот­ ветствующего знака и при падении на экран возбуждает свечение люминофора. Форма светящегося пятна на экране, очевидно, будет соответствовать форме сечения электронного пучка, т. е. на экране будет воспроизведен тот знак, сквозь который электрон­ ный луч прошел в матрице.

Схематически устройство трубки со знаковой индикацией, по­ лучившей в иностранной литературе название «характрон», пока­ зано на рис. 8.4.

В этой трубке 'прожектор с электростатической фокусировкой формирует слегка расходящийся пучок с диаметром в плоскости матрицы порядка 1 мм. Электростатической отклоняющей систе­ мой, состоящей из двух пар отклоняющих пластин (называемых выбирающими), электронный пучок направляется на определен­ ный знак матрицы и, проходя сквозь него, приобретает сечение по форме этого знака. Затем луч дополнительно фокусируется маг­ нитной катушкой и, проходя вторую электростатическую отклоня­

ющую систему, называемую компенсирующей, выводится на ось трубки. При помощи третьей (магнитной) отклоняющей системы,

называемой	адресной, пучок направляется в	то место экрана,
на котором	должен быть отображен выбранный	знак. Для повы­

шения яркости свечения трубка имеет спиральную систему послеускорения.

Знаки на матрице имеют высоту около 0,5 мм, высота знаков на экране составляет 0,7— 1 мм. При диаметре экрана 18 см на нем можно воспроизвести 125x125 знаков при скорости записи до

Рис.	8.5. Устройство		композитрона:
М — матрица;	ФК — фотокатод;		ФС — фокусирующий соле­
ноид; ВС —выбирающая		система;		ФЭ — фокусирующий
электрод; А — анод; МЛ —магнитная				линза; АС — адресная
отклоняющая	система;	ЛП — проводящее покрытие;

Э — экран

20 000 знаков в секунду. Описаны знакопечатающие трубки с диа­ метром экрана 45 см, позволяющие получать на экране не только изображение знаков, но и телевизионный растр. Для этого в мат­ рице имеется специальное отверстие, через которое проходит (без срезания) весь электронный пучок; затем он дополнительно фоку­ сируется магнитной линзой и отклоняющей системой развертыва­ ется (по экрану. Знаковые трубки используются в качестве инди­ каторов кругового обзора, на экране которого, кроме обычных яркостных отметок, воспроизводится дополнительная знаковая информация.

Трубки со знаковой индикацией могут воспроизводить на экра­ не только те знаки, которые имеются на матрице, так как замена матрицы невозможна без разрушения оболочки трубки. Сущест­ вуют знаковые трубки с наружной матрицей, свободные от этого недостатка. Схематически устройство трубки с наружной матри­ цей, называемой в иностранной литературе «композитрон», приве­ дено на рис. 8.5.

Горловина этой трубки заканчивается плоским дном, на внут­ реннюю поверхность которого нанесен полупрозрачный фотокатод. Матрица прикладывается снаружи к дну горловины и при помощи внешнего источника света проектируется на фотокатод. Горловина

помещена в длинный соленоид, создающий продольное однородное магнитное поле. Это поле переносит электронное изображение мат­ рицы с фотокатода иа анод, имеющий прямоугольное отверстие, равное по величине площади, занимаемой одним знаком матрицы. При помощи магнитной отклоняющей системы выбора знаков элек­ тронное изображение матрицы смещается так, чтобы нужный знак совпал с отверстием анода. Электронный пучок, имеющий в сече­ нии форму выбранного знака, пройдя отверстие анода, фокусиру­ ется и ускоряется электростатической иммерционной линзой, дополнительно подфокусируется короткой магнитной линзой и на­ правляется на экран. Между магнитной линзой и экраном уста­ новлена адресная отклоняющая система, направляющая луч в нужное место экрана. Необходимая яркость свечения (при малой величине тока фотоэлектронов) достигается за счет высокого уско­ ряющего напряжения (до 25—30 кв). Достоинством трубок с на­ ружной матрицей является простота замены матрицы, недостат­ ком — необходимость применения высокого ускоряющего напря­ жения и магнитного отклонения, что несколько снижает скорость воспроизведения знаков.

В радиолокационной технике находят применение потенциалоскопы с видимым изображением, допускающие воспроизведение градаций яркости (см. § 11.4). Потенциалоскопы имеют некоторые преимущества по сравнению с обычными трубками, так как на экране потенциалоскопа достаточно яркое и четкое изображение сохраняется значительное время и в случае необходимости легко стирается.

Г Л А В А Д Е В Я Т А Я

ПРИЕМНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ТРУБКИ - КИНЕСКОПЫ

§ 9.1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Кинескопом называется электроннолучевая трубка, предназначен­ ная для воспроизведения телевизионного изображения. Качество телевизионного изображения (в разной степени) зависит от рабо­ ты всех элементов телевизионного тракта, начиная с передающей трубки (см. гл. 12). Кинескоп является конечным элементом те­ левизионного тракта и, как любой элемент этого тракта, должен удовлетворять определенным требованиям, выполнение которых необходимо для получения высококачественного изображения.

Во-первых, изображение на экране кинескопа должно быть до­ статочно ярким, т. е. хорошо видимым в нормально освещенной комнате. Во-вторых, изображение должно быть достаточно конт­ растным, т. е. отношение яркости наиболее освещенных мест изоб­ ражения к яркости наименее освещенных мест должно быть не ме­ нее нескольких десятков. В-третьих, кинескоп должен иметь раз­ решающую способность, позволяющую различать самые мелкие детали изображения.

Существенным является требование определенной величины те­ левизионного изображения. Оптимальный размер экрана телевизо­ ра может быть оценен на основании следующих соображений. Если принять расстояние от экрана до наблюдателя равным 2 м, то, учитывая, что наиболее удобным для наблюдения является объект,

видимый под углом	зрения	около	15°, диагональ экрана d=
= 2 tg 15°«0,55 м.	обычных	(не	цветных) кинескопов должно
Свечение экранов

быть близким к стандартному белому цвету. Время послесвечения люминофора не должно заметно превышать период кадровой раз­ вертки; при слишком большом времени послесвечения изображе­ ние движущихся объектов будет смазываться.

Немаловажным является также требование возможно меньшей длины кинескопа, так как длина приемной трубки определяет возможный габарит (глубину) телевизионного приемника, который, естественно, не должен быть слишком большим.

Широкое распространение телевидения привело к тому, что кинескопы стали наиболее массовыми электроннолучевыми прибо­ рами. Поэтому современный кинескоп, кроме приведенных техни­ ческих требований, должен удовлетворять также экономическим требованиям — быть достаточно простым в изготовлении, недоро­ гим в производстве, достаточно долговечным и надежным в экс­ плуатации.

Стремление к наиболее полному удовлетворению указанных требований обусловило разработку современных кинескопов с диа­ гональю экрана 47, 59 и 65 см, с углом отклонения луча до 110° (укороченные кинескопы), с белым цветом свечения экрана, с ней­ тральным (дымчатым) светофильтром и алюминированным эк­ раном.

Улучшение технологии, автоматизация ряда производственных процессов позволили наладить выпуск высококачественных кине­ скопов, удовлетворяющих практически всем приведенным требо­ ваниям.

§ 9.2. КОЛБА КИНЕСКОПА

Колба кинескопа является ответственным элементом этой трубки. От геометрической формы и размеров колбы зависят такие суще­ ственные параметры кинескопа, как размер экрана, контрастность, разрешающая способность, а также габариты всего телевизионно­ го приемника.

Ранее колбы кинескопов имели круглую форму. В настоящее время их делают в виде усеченной прямоугольной пирамиды, осно­ вание которой имеет такое же отношение сторон, как стандартное телевизионное изображение, т. е. 3 4. Колбы кинескопов в основ­ ном производятся цельностеклянными, стеклянно-металлические колбы постепенно выходят из употребления.

Поскольку качество изображения существенно зависит от фор­ мы дна колбы (величины кривизны, наличия неровностей), как правило, дно колбы изготовляют из высокосортного однородного стекла, не содержащего пузырей или посторонних примесей. Дно колбы получают способом прессования в горячей форме с после­ дующим отжигом. Наиболее распространены размеры дна (экра­

на)	прямоугольных кинескопов — диагональ экрана 35, 43, 47, 53,
59	и 65 см (круглые кинескопы имели диаметр экрана 18, 23, 31

и 40 см). Меньший размер экрана используется в некоторых спе­ циальных кинескопах, например контрольных для проверки пере­ даваемого изображения, и в проекционных кинескопах. Разрабо­

таны	малогабаритные кинескопы с диагональю экрана 10— 15 см
для	переносных телевизоров, собранных на транзисторах.

Дно колбы делается из сравнительно толстого стекла для обес­ печения необходимой механической прочности, так как атмосфер­ ное давление на экран больших кинескопов может превышать 1000 кГ В то же время делать экран выпуклым (с небольшим радиусом кривизны) нецелесообразно по двум причинам: 1) изо­ бражение на сильно выпуклом экране будет заметно искажаться; 2) свет, излучаемый люминофором внутрь колбы (при неалюмцнированном экране), будет заметно освещать весь экран, снижая контрастность изображения. Поэтому дно колбы кинескопа дела­ ется только слегка выпуклым, чтобы искажение изображения за счет кривизны экрана было невелико.

Толщина дна влияет на контрастность вследствие образования ореолов и рассеяния света в толще экрана. Ореол образуется за