Dispozitive cu fascicul de electroni

Dispozitive cu fascicul de electroni ( ELD ), de asemenea tuburi catodice ( tuburi catodice în engleză  ) sau tuburi cu raze catodice ( abreviere  - CRT ) - o clasă de dispozitive electronice electrovacuum care utilizează un flux de electroni format sub forma unui singur fascicul (fascicul) sau mai multe fascicule controlate atât de intensitate (curentul fasciculului), cât și de poziția fasciculului în spațiu, iar aceste fascicule interacționează cu ținta (ecranul) staționară a dispozitivului [1] [2] [3] .

Scopul principal al ELP este conversia informațiilor optice în semnale electrice - de exemplu, în tuburile de transmisie de televiziune și conversia inversă a unui semnal electric într-unul optic - de exemplu, într-o imagine de televiziune vizibilă [3] .

Clasa de dispozitive cu raze catodice nu include , de asemenea, tuburi cu raze X care utilizează fascicule de electroni, fotocelule cu vid , fotomultiplicatoare , dispozitive cu descărcare în gaz (de exemplu, decatroni ) și lămpi electronice receptoare-amplificatoare ( tetrode cu fascicul , indicatoare electrice fluorescente cu vid, lămpi). cu emisie secundară de electroni etc.) .

Istorie

În 1859, J. Plücker , investigând o descărcare electrică în gazele rarefiate, a descoperit razele catodice .

În 1879, W. Crookes a descoperit că, în absența câmpurilor electrice și magnetice externe, razele catodice se propagă în linie dreaptă și a descoperit că pot fi deviate de un câmp magnetic . În experimentele cu un tub cu descărcare în gaze pe care l-a creat, el a descoperit că, căzând pe unele substanțe cristaline, numite mai târziu catodoluminofori , razele catodice provoacă strălucirea lor vizibilă.

În 1897, D. Thomson a descoperit că razele catodice sunt deviate de un câmp electric, a măsurat raportul dintre sarcină și masa particulelor de raze catodice. Descoperirea electronului ca particulă elementară aparține lui E. Wiechert [4] [5] și J. J. Thomson , care în 1897 au stabilit că raportul sarcină/masă pentru razele catodice nu depinde de materialul catodic. Termenul „electron” ca denumire a unității fundamentale indivizibile de sarcină în electrochimie a fost propus [6] de J. J. Stoney în 1894 (unitatea de sarcină elementară însăși a fost introdusă de el în 1874).

În 1897, Karl F. Brown , pe baza tubului W. Crookes, a proiectat primul catod, sau tub cu raze catodice, pe care și-a propus să îl folosească ca dispozitiv indicator în studiul oscilațiilor electromagnetice . Înainte de 1906, tubul cu raze catodice era folosit doar la osciloscoape .

Din 1902, B. L. Rosing a lucrat cu tubul Brown în experimente de reproducere a imaginilor. După publicarea brevetelor sale în 1907-1911, alți autori au apărut despre utilizarea unui fascicul de electroni pentru a crea televiziune [7] [8] .

Clasificare ELP

Clasificare după scop

Dispozitivele de transmisie cu raze catodice transformă imaginea optică într-un semnal electric.

Dispozitivele de recepție cu raze catodice transformă un semnal electric într-o imagine optică (vizibilă):

Dispozitive cu raze catodice fără o imagine vizibilă

Conform metodei de focalizare și de deviere

Conform metodei de focalizare și de deviere a fasciculului, CRT-urile sunt împărțite în:

Dispozitiv

Toate dispozitivele cu fascicul de electroni constau din patru părți principale:

Recepție ELP cu imagine optică

Aceasta este cea mai extinsă și utilizată clasă de ELP - kinescoape , tuburi de osciloscop , diverși indicatori. Ele diferă prin tipul de ecran, metoda de deviere și focalizare, formă, dimensiune etc.

Ecran de recepție ELP cu imagine optică

Ecrane fluorescente

Pentru observarea vizuală a proceselor, ecranul dispozitivului din interiorul balonului este acoperit cu un fosfor - o substanță care poate luminesce în timpul bombardamentului cu electroni. Strălucirea strălucirii fosforului depinde de viteza electronilor, densitatea de suprafață a curentului de electroni și de proprietățile fosforului.

Culoare strălucitoare

Există ecrane monocrome și multicolore. Ecranele monocrome au o anumită culoare strălucitoare - verde, albastru, galben, roșu sau alb. În ecranele multicolore, culoarea strălucirii depinde de direcția sau intensitatea fasciculelor de electroni, iar culoarea este controlată electronic. Un exemplu binecunoscut de ecrane multicolore este cu cinescoape color.

Compoziția chimică a fosforului determină culoarea și durata strălucirii ecranului. Pentru observarea vizuală pe ecrane monocrome se folosesc fosfori cu o culoare strălucitoare verde, pentru care sensibilitatea ochiului uman este maximă. Substanțele cu luminiscență verde includ willemita (silicat de zinc), sulfura de zinc sau un amestec de sulfuri de zinc și cadmiu .

Pentru procesele de fotografiere se folosesc fosfori care dau o strălucire albastră și violetă, pentru care sensibilitatea emulsiei fotografice a materialului fotografic este maximă. Acestea sunt tungstate  - bariu și cadmiu [14] .

Există ecrane cu un fosfor cu două straturi, ale căror straturi au o culoare de strălucire și un timp de strălucire diferită, acest lucru vă permite să alegeți culoarea dorită folosind filtre de lumină [14] .

Ecranele cu fosfor cu două straturi sunt, de asemenea, folosite în indicatoarele cu o strălucire lungă. Stratul interior are o strălucire albastră și este excitat de un fascicul de electroni, stratul exterior, aplicat pe sticla balonului, are o strălucire lungă (de câteva secunde) galben-verde și fosforescează din excitarea luminii albastre a primului fosfor. strat.

În cinescoapele color, pe ecran este aplicat un mozaic de pete sau dungi de fosfor cu diferite culori strălucitoare, fasciculele de electroni de la mai multe spoturi luminează fosforul printr-o mască care asigură că doar fasciculul de electroni de la proiectorul „de culoarea proprie” lovește. zonele cu fosfor.

Durata luminii ulterioare

În timpul bombardării cu electroni a unui fosfor, se observă atât luminiscența , adică strălucirea în momentul impactului, cât și fosforescența . Fenomenul de fosforescență într-un CRT se numește „afterglow” - după ce excitarea fosforului de către fasciculul de electroni este oprită, acesta continuă să strălucească de ceva timp cu o atenuare treptată a luminozității strălucirii. Timpul de strălucire ulterioară al unui fosfor este perioada de timp în care luminozitatea strălucirii scade cu o anumită cantitate, de obicei 90%, în comparație cu valoarea maximă atunci când este excitat inițial de un fascicul de electroni.

În funcție de durata strălucirii, fosforii sunt clasificați în:  

  • cu o strălucire foarte scurtă, mai puțin de 10 -5 s;
  • cu o scurtă strălucire, de la 10 −5 la 10 −2 s;
  • cu o luminozitate medie, de la 10 −2 la 10 −1 s;
  • cu o strălucire lungă, de la 10 −1 la 15 s;
  • cu o strălucire foarte lungă - peste 15 s.

Silicatul de zinc are o strălucire relativ scurtă pentru a observa procesele comune în inginerie radio, în timp ce sulfura de zinc sau sulfura de zinc și cadmiu sunt folosite pentru a observa procese mai lente [14] .

Ecranele cu o strălucire lungă sunt de obicei utilizate în indicatoarele radar, deoarece perioada de schimbare a imaginii în indicatorii radar poate ajunge la zeci de secunde sau mai mult și este legată de viteza de rotație a sistemului de antenă.

Caracteristicile unor tipuri de ecrane sunt date în tabelul [15] .

Caracteristicile unor tipuri de ecrane
Tipul ecranului Strat strălucire amurg
Culoare Caracteristica spectrală maximă, nm Culoare Caracteristica spectrală maximă, nm Timp de strălucire ulterioară
DAR Un singur strat, structura fină Albastru 450 — — Un scurt
B Un singur strat, structura fină alb 460 și 570
420 și 580 		— — Scurt Mediu
LA Structură rugoasă în două straturi alb 440 și 560 Galben 560 lung
G Evaporare fără structură în vid violet 560 (absorbție) violet 560 (absorbție) Foarte lung
D Un singur strat, structura fină Albastru 440 și 520 Verde 520 lung
E Constă din două tipuri de benzi alternante Portocaliu Albastru 595

440 și 520

Portocaliu Verde 595
520 		Prelungit Prelungit
Și Un singur strat, structura fină Verde 520 — — In medie
La Structură rugoasă în două straturi Roz 440 și 600 Portocale 600 lung
L Un singur strat, structura fină violet albăstrui 400 — — Foarte scurt
M Un singur strat, structura fină Albastru 465 — — Un scurt
P Un singur strat, structura fină roșu 630 — _ In medie
DIN Structură cu un singur strat, cu granulație fină Portocale 590 Portocale 590 lung
T un singur strat verde gălbui 555,5 — — Foarte scurt
La Granulație fină, structură fină verde deschis 530 — — Un scurt
C Mozaic, puncte din trei fosfori Albastru
Verde
Roșu 		450
520
640 		—
—
— 		—
—
— 		Scurt
Mediu
Mediu
Alte tipuri de ecrane

Unele substanțe, care nu sunt în sine luminofori, au proprietatea de a-și modifica proprietățile optice sub acțiunea bombardamentului electronic. CRT-urile speciale ( skiatrons ) folosesc scotofor ca material de ecran . Ca scotofor în astfel de CRT, se folosește un strat fin cristalin de halogenură de metal alcalin , de exemplu, clorură de potasiu  - un ecran de tip G. Un strat de clorură de potasiu este depus pe ecran prin pulverizare în vid. După depunerea pe substrat (peretele unui cilindru CRT sau al unei plăci de mică ), se formează o peliculă albă subțire, fără structură. În locurile expuse la fasciculul de electroni, sarea capătă o culoare violet închis care durează multe ore. Decolorarea culorii liliac a clorurii de potasiu se realizează prin încălzirea substratului la o temperatură de 300-350 °C.

Într-un alt tip de ecrane, proprietatea unui film subțire de ulei depus pe un substrat este folosită pentru a se deforma atunci când părți ale suprafeței sale sunt încărcate local de un fascicul de electroni. În acest caz, razele de lumină dintr-o sursă externă sunt refractate pe neuniformitatea peliculei de ulei și deviate în direcții diferite. Încărcarea neuniformă a suprafeței filmului persistă mult timp. Nivelarea sarcinii de suprafață și nivelarea neregulilor datorate forțelor tensiunii superficiale se realizează printr-un fascicul de electroni cu ștergere larg. Astfel de ecrane au fost folosite în sisteme optice de proiecție de tip eidofor .

Tuburi catodice cu deviație și focalizare electrostatică

CRT-urile de acest tip sunt utilizate în mod obișnuit în osciloscoapele electronice și alte instrumente de măsurare radio, cum ar fi analizoarele de spectru panoramice .

Dispozitiv cu tub catodic cu deflexie electrostatică

CRT este format din:

  • un proiector electronic care creează un fascicul de electroni focalizat îndreptat de-a lungul axei tubului;
  • sistem de deviere;
  • ecran fluorescent pentru a indica poziția fasciculului de electroni.
Reflector electronic

Se compune din: catod (4), electrod de control (3), primul (5) și al doilea (6) anod.

  • Catodul este proiectat pentru a crea un flux de electroni. Într-un CRT, un catod încălzit indirect este de obicei utilizat sub formă de sticlă, în interiorul căruia există un încălzitor indirect. Stratul activ (emițător de electroni) este depus doar pe fundul sticlei, astfel catodul are o suprafață emițătoare plană, iar electronii sunt emiși numai în direcția ecranului.
  • Electrodul de control (modulator, cilindru Wehnelt ) este proiectat pentru a regla curentul reflectorului electronic și, în consecință, luminozitatea punctului luminos de pe ecran (10). Electrodul este, de asemenea, realizat sub forma unei cupe metalice care înconjoară catodul. Fundul sticlei are o diafragmă sub formă de orificiu <1 mm în diametru, prin care trec electronii emiși de catod. Deoarece diametrul acestei găuri este mic, electronii ale căror traiectorii deviază de la normal la planul fundului catodului nu trec prin diafragmă și nu participă la formarea fasciculului. Curentul fasciculului este controlat prin aplicarea unei mici tensiuni negative la electrodul de control în raport cu catodul.
  • Primul anod este, de asemenea, un cilindru cu două (sau trei) diafragme. Influența electrodului de control și a primului anod asupra curentului fasciculului de electroni este similară cu efectul rețelei de control („primul”) și al anodului asupra curentului anodului în EEW .
  • Al doilea anod este similar cu modulatorul și cu primul anod, dar mai mare ca diametru decât primul anod. Deoarece al doilea anod este unul care accelerează, i se aplică o tensiune mai mare față de catod (1-20 kV). Focalizarea fasciculului de electroni pe ecran se realizează prin modificarea tensiunilor la primul și al doilea anod.
Sistem de respingere

Pentru a muta punctul de lumină pe ecran, între al doilea anod și ecran există un sistem de deviere format din două perechi de plăci reciproc perpendiculare. Între plăcile de deviere orizontală (9) se creează un câmp electric cu un vector de intensitate orientat orizontal, atunci când li se aplică tensiune, fasciculul deviază în plan orizontal spre placa cu potenţial mai mare. Dacă plăcilor se aplică o tensiune care se schimbă periodic, atunci fasciculul de lumină se va deplasa pe ecran în direcții diferite, lăsând o urmă pe ecran sub forma unei linii orizontale. Plăcile verticale de deviere (8) creează un câmp electric cu un vector de rezistență direcționat vertical și mișcă fasciculul în sus și în jos pe ecran.

Dacă se aplică simultan tensiuni diferite ambelor perechi de plăci, atunci fasciculul va desena pe ecran o linie, a cărei formă depinde de modificările tensiunilor de pe plăcile sistemului de deflectare [16] .

Kinescopes

Kinescoapele sunt concepute pentru a fi utilizate în televizoare, iar anterior erau parte integrantă a oricărui televizor, acum în televizoare sunt aproape complet înlocuite cu dispozitive de afișare (ecrane) cu alte principii de funcționare.

Unii producători de ELP

Următoarele sunt cele mai mari companii de producție ELP (în ordine alfabetică) de la sfârșitul secolului al XX-lea[ semnificația faptului? ] [17] :

Note

  1. ↑ 1 2 Katsnelson, 1985 , p. 23.
  2. ↑ Doolin, 1978 , p. 38.
  3. ↑ 1 2 3 Kolesnikov, 1991 , p. 637.
  4. ↑ Wiechert E. Über das Wesen der Elektrizität  (germană)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg în Preußen. — 7 ian. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 3-12 .
    Wiechert E. Experimentelles über die Kathodenstrahlen  (germană)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg în Preußen. — 7 ian. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 12-16 .
  5. ↑ Bykov G.V. Despre istoria descoperirii electronului // Întrebări de istorie a științelor naturale și a tehnologiei. - 1963. - Emisiune. 15 . - S. 25-29 .
  6. ↑ Stoney GJ al „electronului” sau atomului de electricitate ] //  Philosophical Magazine  . Seria 5. - 1894. - Vol. 38 . - P. 418-420 .
  7. ↑ 90 de ani de televiziune electronică
  8. ↑ O țeavă perfecționată
  9. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 293-295.
  10. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 290.
  11. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 275.
  12. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 246.
  13. ↑ GOST 17791-82 Dispozitive cu fascicul de electroni. Termeni și definiții” prescrie utilizarea termenului „proiector electronic”; nu este permisă folosirea „tunului cu electroni” echivalent.
  14. ↑ 1 2 3 Remez, 1955 , p. cincisprezece.
  15. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 24-25.
  16. ↑ Kalashnikov A. M., Stepuk Ya. V. Electrovacuum and semiconductor devices / ed. Colonelul-inginer N. P. Shiryaev. - M . : Editura Militară, 1973. - S. 119-124. — 292 p.
  17. ↑ Kitzmiller, John W. Television Picture Tubes and Other Cathode-Ray Tubes: Industry and Trade Summary , mai 1995, pp. 3-4.

Literatură

  • Carte de referință despre elementele dispozitivelor radio electronice / ed. V. N. Dulina, M. S. Zhuk. - M .: Energie, 1978.
  • Katsnelson B. V. și colab.. Dispozitive electronice și de descărcare în gaz electrovacuum: un manual / B. V. Katsnelson, A. M. Kalugin, A. S. Larionov; Sub total ed. A. S. Larionova. - Ed. a II-a, revizuită. şi suplimentare .. - M . : Radio şi comunicare, 1985. - 864 p.
  • Electronică: Dicţionar enciclopedic / V. G. Kolesnikov (redactor-şef). - Ed. I. - M . : Sov. Enciclopedie, 1991. - S.  54 . - ISBN 5-85270-062-2 .
  • Sherstnev LG Optică electronică și dispozitive cu fascicul de electroni. - M . : Energie, 1971. - 368 p.
  • Zhigarev AA Optică electronică și dispozitive cu fascicul de electroni. - M . : Şcoala superioară, 1972. - 540 p.
  • Lachashvili R. A., Traube L. V. Design of electron-beam devices. - M . : Radio şi comunicare, 1988. - 217 p. — ISBN 5-256-00039-X .
  • Curs de măsurători radio de bază / G. A. Remez. - M . : Editura de stat de literatură de comunicaţii şi radio, 1955. - 448 p.
  • Kalashnikov A. M. Stepuk Ya. V.  Dispozitive electrovacuum și semiconductoare. - M .: Editura Militară, 1973. - 292 p.

Link -uri

 dispozitive cu fascicul de electroni
Transmițătoare Tub Crookes
plasament
amintindu-şi
Microscop electronic
Alte
Părți principale
Concepte