Elektronsugaras eszközök

Elektronsugaras eszközök ( ELD ), katódcsövek ( angolul  cathode ray tubes ) vagy katódsugárcsövek ( rövidítés  - CRT ) - az elektrovákuum-elektronikai eszközök osztálya, amelyek egyetlen nyaláb (sugár) formájában kialakított elektronáramlást használnak . vagy több nyaláb, amelyet mind az intenzitás (nyalábáram), mind a sugár térbeli helyzete vezérel, és ezek a nyalábok kölcsönhatásba lépnek az eszköz álló célpontjával (képernyőjével) [1] [2] [3] .

Az ELP fő hatóköre az optikai információ elektromos jelekké való átalakítása - például televíziós átviteli csövekben, valamint egy elektromos jel fordított irányú átalakítása optikaivá - például látható televíziós képpé [3] .

A katódsugaras eszközök osztályába nem tartoznak bele az elektronsugarat használó röntgencsövek , vákuumfotocellák , fotosokszorozók , gázkisülési eszközök (például dekatronok ) és vevő -erősítő elektronikus lámpák ( nyaláb tetródák , elektromos vákuumfluoreszcens indikátorok, lámpák). másodlagos elektronemisszióval stb.) .

Történelem

1859-ben J. Plücker ritka gázok elektromos kisülését vizsgálva katódsugarakat fedezett fel .

1879-ben W. Crookes megállapította, hogy külső elektromos és mágneses mezők hiányában a katódsugarak egyenes vonalban terjednek, és felfedezte, hogy mágneses tér eltérítheti őket. Az általa létrehozott gázkisüléses csővel végzett kísérletek során felfedezte, hogy egyes kristályos anyagokra, amelyeket később katód- luminoforoknak neveztek , a katódsugarak okozzák látható fényüket.

1897-ben D. Thomson felfedezte, hogy a katódsugarakat elektromos tér eltéríti, és megmérte a katódsugarak részecskéinek töltésének tömegéhez viszonyított arányát. Az elektron elemi részecskeként való felfedezése E. Wiechert [4] [5] és J. J. Thomson nevéhez fűződik , akik 1897 -ben megállapították, hogy a katódsugarak töltés/tömeg aránya nem függ a katód anyagától. Az "elektron" kifejezést az elektrokémiában az alapvető oszthatatlan töltésegység elnevezéseként J. J. Stoney javasolta [6] 1894-ben (magát az elemi töltés mértékegységét ő vezette be 1874-ben).

1897-ben Karl F. Brown a W. Crookes cső alapján megtervezte az első katódot vagy katódsugárcsövet, amelyet indikátorként javasolt használni az elektromágneses oszcillációk tanulmányozásában . 1906 előtt a katódsugárcsövet csak oszcilloszkópokban használták .

1902 óta B. L. Rosing a Brown csővel dolgozott képek reprodukálására irányuló kísérletekben. Szabadalmainak 1907-1911-es közzététele után más szerzők is megjelentek az elektronsugár segítségével a televízió létrehozásában [7] [8] .

ELP besorolás

Cél szerinti besorolás

A továbbító katódsugár-eszközök az optikai képet elektromos jellé alakítják át.

A vevő katódsugár-eszközök az elektromos jelet optikai (látható) képpé alakítják:

Katódsugaras készülékek látható kép nélkül

A fókuszálás és az eltérítés módszere szerint

A sugár fókuszálásának és eltérítésének módszere szerint a CRT-k a következőkre oszthatók:

Eszköz

Minden elektronsugaras eszköz négy fő részből áll:

ELP vétele optikai képpel

Ez az ELP- kineszkópok , oszcilloszkópcsövek , különféle indikátorok legkiterjedtebb és legszélesebb körben használt osztálya . Különböznek a képernyő típusában, az eltérítési és fókuszálási módban, alakban, méretben stb.

Az ELP vételének képernyője optikai képpel

Fluoreszkáló képernyők

A folyamatok vizuális megfigyeléséhez az eszköz képernyőjét a lombik belsejéből foszforral borítják - olyan anyaggal, amely az elektronbombázás során lumineszkálhat . A fénypor izzásának fényereje az elektronok sebességétől, az elektronáram felületi sűrűségétől és a fénypor tulajdonságaitól függ.

Ragyogó szín

Vannak monokróm és többszínű képernyők. A monokróm képernyők bizonyos fényes színekkel rendelkeznek - zöld, kék, sárga, piros vagy fehér. A többszínű képernyőkön a ragyogás színe az elektronsugarak irányától vagy intenzitásától függ, a szín szabályozása pedig elektronikusan történik. A többszínű képernyők jól ismert példája a színes kineszkóp.

A fénypor kémiai összetétele határozza meg a képernyő színét és fényének időtartamát. A monokróm képernyőkön történő vizuális megfigyeléshez zöld fényű foszforokat használnak, amelyekre az emberi szem érzékenysége maximális. A zöld lumineszcenciával rendelkező anyagok közé tartozik a willemit (cink-szilikát), a cink-szulfid vagy a cink és kadmium -szulfidok keveréke .

A fényképezési eljárásokhoz olyan foszforokat használnak, amelyek kék és lila fényt adnak, amihez a fényképészeti anyag fényképészeti emulziójának érzékenysége maximális. Ezek a volfrámok  – bárium és kadmium [14] .

Léteznek kétrétegű fényporral ellátott képernyők, amelyek rétegei eltérő izzási színt és utánvilágítási időt mutatnak, ez lehetővé teszi a kívánt szín kiválasztását fényszűrők segítségével [14] .

A kétrétegű fényporral ellátott képernyőket hosszú utánfényű indikátorokban is használják. A belső réteg kéken világít és elektronsugár gerjeszti, a külső réteg a lombik üvegére felvitt hosszú (néhány másodperces) sárgászöld utófényt mutat, és foszforeszkál az első foszfor kék fénye általi gerjesztéstől. réteg.

A színes kineszkópokban különböző fényes színű foszforfoltokból vagy csíkokból álló mozaik kerül a képernyőre, több spotlámpa elektronsugara egy maszkon keresztül világítja meg a fényport, amely biztosítja, hogy csak a kivetítő „saját színű” elektronnyalábra kerüljön. a foszfor területek.

Az utófény időtartama

A foszfor elektronbombázása során mind a lumineszcencia , azaz a becsapódás pillanatában világít, mind a foszforeszcencia figyelhető meg . A foszforeszcencia jelenségét a katódsugárcsőben "utófénynek" nevezik - miután a foszfor elektronsugár általi gerjesztését leállítják, az egy ideig tovább világít, a fényerő fokozatos gyengülésével. A fénypor utóvilágítási ideje az az időtartam, amely alatt az izzás fényereje egy bizonyos mértékben, általában 90%-kal csökken az elektronsugár által kezdetben gerjesztett maximális értékhez képest.

Az utófény időtartama szerint a foszforokat a következőkre osztják:  

  • nagyon rövid, 10–5 másodpercnél rövidebb utánvilágítással ;
  • rövid utánvilágítással, 10 -5 és 10 -2 másodperc között;
  • átlagos utánvilágítással, 10 -2 és 10 -1 s között;
  • hosszú utánvilágítással, 10-1-15 s ;
  • nagyon hosszú utánvilágítással - több mint 15 s.

A cink-szilikátnak viszonylag rövid utófénye van a rádiótechnikában szokásos folyamatok megfigyelésére, míg a cink-szulfidot vagy a cink- és kadmium-szulfidot a lassabb folyamatok megfigyelésére használják [14] .

A radarjelzőkben általában hosszú utófényű képernyőket használnak, mivel a radarjelzők képváltozásának periódusa elérheti a tíz másodpercet vagy többet, és az antennarendszer forgási sebességéhez kapcsolódik.

Egyes képernyőtípusok jellemzőit a [15] táblázat tartalmazza .

Egyes képernyőtípusok jellemzői
Képernyő típusa Bevonat világít utánvilágítás
Szín Maximális spektrális karakterisztika, nm Szín Maximális spektrális karakterisztika, nm Utánvilágítási idő
DE Egyrétegű, finom szerkezet Kék 450 — — Rövid
B Egyrétegű, finom szerkezet fehér 460 és 570
420 és 580 		— — Rövid Közepes
NÁL NÉL Kétrétegű, durva szerkezet fehér 440 és 560 Sárga 560 hosszú
G Szerkezet nélküli vákuum elpárologtatás Ibolya 560 (abszorpció) Ibolya 560 (abszorpció) Nagyon hosszú
D Egyrétegű, finom szerkezet Kék 440 és 520 Zöld 520 hosszú
E Kétféle váltakozó sávból áll Orange Blue 595

440 és 520

Orange Green 595
520 		Meghosszabbított Elhúzódó
És Egyrétegű, finom szerkezet Zöld 520 — — Átlagos
Nak nek Kétrétegű, durva szerkezet Rózsaszín 440 és 600 narancssárga 600 hosszú
L Egyrétegű, finom szerkezet kékeslila 400 — — Nagyon rövid
M Egyrétegű, finom szerkezet Kék 465 — — Rövid
P Egyrétegű, finom szerkezet Piros 630 — _ Átlagos
TÓL TŐL Egyrétegű, finomszemcsés szerkezet narancssárga 590 narancssárga 590 hosszú
T egyrétegű sárgászöld 555,5 — — Nagyon rövid
Nál nél Finom szemcsés, finom szerkezet világos zöld 530 — — Rövid
C Mozaik, három foszfor pontjai Kék
Zöld
Piros 		450
520
640 		—
—
— 		—
—
— 		Rövid
Közepes
Közepes
Más típusú képernyők

Egyes anyagok, amelyek maguk nem luminoforok, képesek megváltoztatni optikai tulajdonságaikat elektronbombázás hatására. A speciális CRT-k ( skiatronok ) scotofort használnak képernyőanyagként . Az ilyen katódsugárcsövekben scotoforként egy alkálifém- halogenid finom kristályos rétegét , például kálium-kloridot használnak  - egy G típusú szitát. A szitán kálium-klorid réteget visznek fel vákuumban történő porlasztással. A hordozóra (CRT henger falára vagy csillámlemezre ) történő lerakódás után vékony, szerkezet nélküli fehér film képződik. Az elektronsugárnak kitett helyeken a só sötétlila színt kap, amely sok órán át kitart. A kálium-klorid lila színének elszíneződését az aljzat 300-350 °C hőmérsékletre történő melegítésével végezzük.

Egy másik típusú képernyőnél a szubsztrátumra felvitt vékony olajfilm tulajdonságát deformálják, amikor felületének egyes részeit egy elektronsugár helyileg tölti fel. Ebben az esetben a külső forrásból származó fénysugarak megtörnek az olajfilm egyenetlenségein, és különböző irányokba térnek el. A filmfelület egyenetlen töltése hosszú ideig fennmarad. A felületi töltés kiegyenlítését és a felületi feszültség erőiből adódó egyenetlenségek kiegyenlítését széles kitörlő elektronsugár végzi. Az ilyen vetítővászonokat eidofor típusú vetítőoptikai rendszerekben használták .

Katódsugárcsövek elektrosztatikus eltérítéssel és fókuszálással

Az ilyen típusú katódsugárcsöveket általában elektronikus oszcilloszkópokban és más rádiós mérőműszerekben használják, például panoráma spektrumanalizátorokban .

Elektrosztatikus eltérítésű katódsugárcső eszköz

A CRT a következőkből áll:

  • elektronikus keresőlámpa, amely fókuszált elektronsugarat hoz létre a cső tengelye mentén;
  • terelő rendszer;
  • fluoreszkáló képernyő, amely jelzi az elektronsugár helyzetét.
Elektronikus reflektorfény

A következőkből áll: katód (4), vezérlőelektród (3), első (5) és második (6) anód.

  • A katódot úgy tervezték, hogy elektronáramlást hozzon létre. A katódsugárcsőben általában közvetetten melegített katódot használnak üveg formájában, amelynek belsejében közvetett fűtőelem található. Az aktív (elektronkibocsátó) réteg csak az üveg alján rakódik le, így a katódnak sík kibocsátó felülete van, az elektronok csak a képernyő irányába bocsátódnak ki.
  • A vezérlőelektróda (modulátor, Wehnelt henger ) az elektronikus keresőlámpa áramának és ennek megfelelően a képernyő fényfoltjának fényerejének beállítására szolgál (10). Az elektróda a katódot körülvevő fém csésze formájában is készül. Az üveg alján egy <1 mm átmérőjű lyuk alakú membrán található, amelyen a katód által kibocsátott elektronok áthaladnak. Mivel ennek a lyuknak az átmérője kicsi, azok az elektronok, amelyeknek a pályája eltér a normáltól a katódfenék síkjához, nem haladnak át a membránon, és nem vesznek részt a nyalábképzésben. A sugáráramot úgy szabályozzuk, hogy a vezérlőelektródára a katódhoz képest kis negatív feszültséget kapcsolunk.
  • Az első anód is egy henger két (vagy három) membránnal. A vezérlőelektróda és az első anód hatása az elektronsugár áramára hasonló a vezérlő ("első") rács és az anód hatásához az EEW -ben az anódáramra .
  • A második anód hasonló a modulátorhoz és az első anódhoz, de átmérője nagyobb, mint az első anód. Mivel a második anód egy gyorsító, ezért a katódhoz képest nagyobb feszültséget (1-20 kV) kapcsolunk rá. Az elektronnyaláb fókuszálását a képernyőn az első és a második anód feszültségének változtatásával érik el.
Elutasító rendszer

A fényfoltnak az ernyőn keresztül történő mozgatásához a második anód és az árnyékoló között két egymásra merőleges lemezpárból álló terelőrendszer található. A vízszintes elhajlású lemezek (9) között vízszintes intenzitásvektorú elektromos tér jön létre, amelyekre feszültséget kapcsolva a nyaláb vízszintes síkban a nagyobb potenciálú lemez felé tér el. Ha periodikusan változó feszültséget kapcsolunk a lemezekre, akkor a fénysugár különböző irányokba mozog a képernyőn, és vízszintes vonal formájában nyomot hagy a képernyőn. A függőleges terelőlemezek (8) függőlegesen irányított erősségvektorral elektromos teret hoznak létre, és mozgatják a sugarat fel-le a képernyőn.

Ha mindkét lemezpárra egyidejűleg különböző feszültségeket kapcsolunk, akkor a nyaláb egy vonalat húz a képernyőn, amelynek alakja az eltérítő rendszer lemezein lévő feszültségváltozásoktól függ [16] .

Kinescopes

A kineszkópokat televíziókban való használatra tervezték, és korábban minden televízió szerves részét képezték, ma már a televíziókban szinte teljesen felváltják őket más működési elvű megjelenítő eszközök (képernyők).

Néhány ELP gyártó

A XX. század végén a legnagyobb ELP gyártó cégek (ábécé sorrendben)[ a tény jelentősége? ] [17] :

Jegyzetek

  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  (német)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg in Preußen. - január 7. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 3-12 .
    Wiechert E. Experimentelles über die Kathodenstrahlen  (német)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg in Preußen. - január 7. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 12-16 .
  5. ↑ Bykov G.V. Az elektron felfedezésének történetéről // A természettudomány és a technika történetének kérdései. - 1963. - Kiadás. 15 . - S. 25-29 .
  6. ↑ Stoney GJ Az elektron vagy az elektromosság atomja ] //  Filozófiai Magazin  . Sorozat 5. - 1894. - Vol. 38 . - P. 418-420 .
  7. ↑ Az elektronikus televíziózás 90 éve
  8. ↑ Tökéletesített cső
  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 Elektronsugaras eszközök. Kifejezések és meghatározások" előírja az „elektronikus projektor" kifejezés használatát; az egyenértékű „elektronpuska” használata nem megengedett.
  14. ↑ 1 2 3 Remez, 1955 , p. tizenöt.
  15. ↑ Katsnelson, 1985 , p. 24-25.
  16. ↑ Kalashnikov A. M., Stepuk Ya. V. Elektrovákuum és félvezető eszközök / szerk. N. P. Shiryaev ezredes-mérnök. - M . : Katonai Könyvkiadó, 1973. - S. 119-124. — 292 p.
  17. ↑ Kitzmiller, John W. Television Picture Tubes and Other Cathode-ray Tubes: Industry and Trade Summary , May 1995, pp. 3-4.

Irodalom

  • Útmutató a rádióelektronikai eszközök elemeiről / szerk. V. N. Dulina, M. S. Zhuk. - M . : Energia, 1978.
  • Katsnelson B. V. et al. Elektrovákuumos elektronikus és gázkisüléses eszközök: kézikönyv / B. V. Katsnelson, A. M. Kalugin, A. S. Larionov; Összesen alatt szerk. A. S. Larionova. - 2. kiadás, átdolgozva. és további .. - M . : Rádió és kommunikáció, 1985. - 864 p.
  • Elektronika: Enciklopédiai szótár / V. G. Kolesnikov (főszerkesztő). - 1. kiadás - M . : Szov. Enciklopédia, 1991. - S.  54 . - ISBN 5-85270-062-2 .
  • Sherstnev LG Elektronikus optika és elektronsugaras eszközök. - M . : Energia, 1971. - 368 p.
  • Zhigarev AA Elektronikus optika és elektronsugaras eszközök. - M . : Felsőiskola, 1972. - 540 p.
  • Lachashvili R. A., Traube L. V. Elektronsugaras eszközök tervezése. - M . : Rádió és kommunikáció, 1988. - 217 p. — ISBN 5-256-00039-X .
  • Rádiótechnikai alapmérés tanfolyam / G. A. Remez. - M . : Állami Hírközlési és Rádióirodalmi Kiadó, 1955. - 448 p.
  • Kalashnikov A. M. Stepuk Ya. V. Elektrovákuum  és félvezető eszközök. - M .: Katonai Könyvkiadó, 1973. - 292 p.

Linkek

 elektronsugaras eszközök
Adók Crookes cső
Foster
emlékezve
Elektron mikroszkóp
Egyéb
Fő részek
Fogalmak