Електронно – променеві трубки

21. Електронно – променеві трубки

 

21.1. Конструкція та принцип роботи електронно-променевої трубки

 

В електронно-променевій трубці (ЕПТ) електричний сигнал перетворюють в світловий. Електричним сигналом трубки є керований електронний промінь, який формується в електронному прожекторі ЕП (1), проходить через систему відхилення СВ (2) та попадає на люмінофор (3), нанесений на екран трубки.

Всі системи формування та управління променем розміщені в колбі (4), з якої відкачано повітря (рис. 21.1). Підключається трубка за допомогою цоколя з виводами (5).

Cвітіння

 

 

 

Рис. 21.1. Конструкція ЕПТ

 

Під час попадання електричного променю на люмінофор, з останнього вибиваються небажані вторинні електрони. Для їх відведення на корпус внутрішню поверхню колби покривають розчином графіту – аквадагом (5), який утворює провідний шар. Його з’єднують з позитивним полюсом джерела живлення.

ЕПТ поділяють на три групи: осцилографічні, індикаторні, кінескопи.

 

21.2. Основні параметри ЕПТ

 

Основними параметрами ЕПТ є яскравість, роздільна здатність, чутливість відхилення.

Яскравість зображення на екрані ЕПТ визначають за формулою

С =K J (U_t – U₀)^m кд/м² ,

де K = const;

J – щільність струму променю;

U_t – потенціал екрана в момент t;

U₀ – мінімальний потенціал екрана;

m=1,5...2,5;

Роздільну здатність визначають кількістю світлових розрізнених точок в 1 см² екрана. Роздільна здатність залежить від товщини променю.

Чутливість відхилення (h') визначається відношенням відхилення на екрані (h) до напруги відхилення (U_відх)

 

Вона зростає, якщо відхилення променю буде більшим при меншій напрузі U_ВІДХ. Для чого необхідно наблизити одна до одної пластини відхилення, збільшити їх довжину і відстань від екрана.

 

21. 3. Управління яскравістю зображення та фокусування променю

 

Конструкцію ЕПТ зображено на рис. 21.2.

 

 

 

1 3

² Y X

 

 

“Яскравість” “Фокус”

 

 

Рис. 21.2. Конструкції електродів ЕПТ

 

До електронного прожектора ЕП входять: катод (1) з ниткою розжарювання (2), модулятор (3), прискорювальний електрод (4), 1-й та 2-й анод (5, 6).

Система відхилення складається з горизонтальних (7) та вертикальних (8) пластин.

Фокусування зображення забезпечують зміною напруги на 1-ому аноді .

Збільшення напруги 1-ого аноду зменшує дію сил відштовхування між електронами в пучку.

Яскравість зображення регулюється зміною напруги на модуляторі. Вона визначається залежністю струму другого аноду І_A2 від напруги на модуляторі, яка називається модуляційною характеристикою (рис. 21.3).

 

І_A2

 

 

Рис. 21.3.Модуляційна характеристика

 

21. 4. Система відхилення

 

Рух електронного променю на екрані ЕПТ повторює форму досліджуваного електричного процесу. Це забезпечує система відхилення розгортки СВ, в яку входять дві пари пластин: вертикальні Х та горизонтальні Y (21.4, а).

Вертикальні пластини розгортають електричний процес за горизонталлю, а горизонтальні пластини – за вертикаллю. До вертикальних пластин прикладають напругу пилкоподібної форми. За час дії ділянки зростання напруги промінь переміщується по екрану зліва направо, а за час ділянки спаду – повертається в початкову точку. Пилкоподібну напругу формує генератор осцилографа. Час ділянки зростання імпульсу розгортки більший за час ділянки спаду (рис. 21.4, в), тому швидкість повернення променю (зворотного ходу) значно більша за швидкість прямого ходу.

На горизонтальні пластини (Y) подають напругу, форма якої підлягає дослідженню (наприклад синусоїдальної форми) (рис. 21.4, б).

Принцип формування зображення на екрані ЕПТ наведено на рис. 21.4.

Для отримання сталого зображення досліджуваного процесу період горизонтальної розгортки вибирають кратним періоду цього процесу, і тому на екрані трубки зображення кожного періоду процесу накладаються в часі і ми бачимо сталу картинку (осцилограму).

 

 

Y

 

U_Y

X

t₅ t₆ t₇ t₈ t

0 t₁ t₂ t₃ t₄

 

 

а б

 

 

0 U_X

t₁

t₂

t₃

t₄

t₅

t₆

t₇

t₈

 

в

t

 

Рис. 21.4. Демонстрація принципу отримання зображення синусоїди на екрані ЕТП:

а-зображення на екрані; б-досліджувана напруга; в-напруга горизонтальної розгортки

 

21.5. Спеціальні ЕПТ

 

Для реєстрації швидких процесів необхідно підвищити швидкість руху електронів у промені. Цього досягають збільшенням напруги на електроді прискорення. Але при цьому зменшується чутливість трубки. Тому швидкодіючі ЕПТ побудовані так, щоб більшу швидкість електрони отримували би після проходження системи відхилення. Такі трубки звуться трубками з післяприскоренням. Вони мають розрив в шарі аквадагу, і нанесене окреме кільце графіту подають напругу (U_A3) більшу за напругу на 2-му аноді (U_A2), тобто U_A3 >U_A2 (рис. 21.5.). Звичайно може бути декілька таких кілець. У такий спосіб максимальну частоту можна збільшити до 400 Мгц.

 

 

 

 

U_A2

U_A3

 

Рис. 21.5. Конструкція швидкодіючої ЕПТ

 

Іншим методом підвищення швидкості є застосування декількох пластин відхилення променю, на які напругу відхилення подають з фазовим зсувом, пропорційним часу прольоту електронів від одної пари пластин до другої. Такі ЕПТ працюють в діапазоні надвисоких частот.

Застосування знаходять і багатопроменеві трубки, які можуть мати до 5-и променів, а також трубки з запам’ятовуванням.

 

21.6. Індикаторні ЕПТ

 

Мають кругову розгортку і радіальне відхилення (рис. 21.6).

 

 

 

 

 

Рис. 21.6. Екран індикаторної ЕПТ

 

В індикаторних ЕПТ напруга сигнала (імпульсу) управляє не відхиленням променю, а його появою. Модулятор знаходиться під напругою запирання і відкривається при наявності сигналу, який подається на нього). З’являється відмітка (пляма) на екрані. Координати плями застосовують для фіксації місця знаходження цілі. Пляма має бути малою, але яскравою.

Для відхилення променів індикаторних ЕПТ застосовують магнітне поле ортогонально розміщених катушок індуктивності (рис. 21.7) з індукцією

 

B=kIω,

де k=const;

I – струм;

ω – кількість витків.

 

Добуток I ω є магнітною силою (ампер-витками)

 

X

 

Y

 

 

Рис. 21.7. Котушки розгортки індикаторних ЕПТ

 

Чутливість таких ЕПТ буде більшою завдяки більшому відхиленню променю при однакових ампер-витках I ω та напруги на другому аноді U_A2 .

 

,

 

Фокусування індикаторних ЕПТ здійснюють також котушками індуктивності. Застосування котушок для відхилення та фокусування променю зменшує частотний діапазон, але такі ЕПТ мають меншу довжину.

 

20.7. Кінескопи та дисплеї

 

Кінескоп – це ЕПТ, яка перетворює електричні телевізійні сигнали в світлове зображення.

Телевізійне зображення складається з рядків розгортки, на кожний з яких подають імпульс, миттєве значення амплітуди якого змінюється в часі, що змінює яскравість зображення вздовж рядка. Такий імпульс подається на модулятор, який змінює яскравість плями в відповідному рядку телевізійного зображення.

Сукупність рядків формує зображення. Розгортка рядків здійснюється пилкоподібними імпульсами розгортки системи відхилення. Застосовують рядкову розгортку (625 рядків) і кадрову розгортку (50 Гц).

Фокусування променю в кінескопах є електростатичним, а система відхилення є магнітною з кутом відхилення 110⁰. Сучасні кінескопи не потребують фокусування.

Для того, щоб іони не бомбардували екран і не псували його застосовують іонні уловлювачі (магніт на горловині кінескопу), які відхиляють іони, від екрану вбік.

Кінескопи виготовляють розміром 16, 23, 50, 61, 65 см.

Кольорові кінескопи побудовані з врахованням того, що око людини може реагувати на один з трьох кольорів: синій, зелений, червоний. Інші кольори сприймаються як результат суміші трьох основних кольорів. Такий кінескоп має три прожектори з електростатичним фокусуванням (1), промені яких після системи відхилення (2) проходять через маску (3) і попадають на ділянку екрану „зерно” (4), що складається з трьох точок люмінофору: зеленого, синього та червоного кольорів (рис. 21.7). Колір світіння буде визначатися в залежності на яку точку попадає промінь і який потенціал він має.

 

 

 

Рис. 21.7. Конструкція кольорового кінескопу

 

Відхилення променю здійснюють спільною магнітною системою відхилення (2), крім того є додаткові індивідуальні системи відхилення, які забезпечують динамічне зведеня променів в одну точку по всій площині екрана.

Дисплей (від англ. display - показувати) є елекронно-променевою трубкою з електронним блоком управління. Блок управління перетворює цифрові коди від системного блоку персонального комп’ютера (ПК) в зображення символів та лінії на екрані.

У дисплеї (як і у кінескопі) електронний промінь переміщується по екрану зліва на право. Яскравість свічення екрана визначається енергією електронного променю.

Під час зворотного руху (справа наліво) яскравість електронного променя зменшується і він не висвітлюється на екрані. Далі промінь знову рухається зліва направо в наступному рядку, тощо. Повна розгортка растру здійснюється 50 разів в секунду. Кожний рядок розгортки утворюється сотнями дискретних точок, які називають елементами зображення або пікселами (піксел – від picture element) (рис. 21.8, а ).

Але такий спосіб розгортки потребує великих витрат машинних ресурсів. Більш сучасним способом розгортки є довільна або векторна розгортка променю по екрану (рис. 21.8, б). Вона забезпечує векторне представлення зображення в виді ліній. Сучасні дисплеї дозволяють висвітлювати як

 

Рис. 21.8. Способи побудови зображення на екрані:

а – растровий; б - векторний

 

алфавітно-цифрову (25 рядків по 80 знаків у кожному), так і графічну інформацію з високою роздільною здатністю (640 х 200 елементів зображення).

Дисплеї забезпечують :

- можливість редагування тексту на екрані (вставляння або вилучення будь-якого рядка, символів рядку);

- виділення окремих символів або ділянки тексту шляхом зміни інтенсивності їх свічення, миготіння цих символів;

- виділення на екрані різних областей (вікон), розміщувати в них різні тексти (креслення), утворення нового тексту із декількох старих;

- зберігати в пам’яті ті чи інші області екрану з подальшим їх відтворенням;

- вводити зображення графічних об’єктів (ліній, прямокутників. еліпсів, та інших фігур), суміщення фрагментів иексту та графіків, тощо.

 

 

Рідиннокристалічні монітори

 

Рідиннокристалічний монітор формує зображення в шарі рідинних кристалів. Ці кристали знаходяться в рідинному стані, але мають властивості кристалічних речовин. Під впливом електричного поля молекули рідинних кристалів, що мають видовжену форму, змінюють свою орієнтацію, а тому змінюється і проходження променю через них.

Конструктивно плазмовий монітор складається із двох плоских скляних пластин, між якими розміщено тонкий шар рідинних кристалів з двома системами взаємоперпендикулярних електродів, на перетині яких утворюють комірки (пікселі), що формують зображення (рис. 21.9).

 

Рис. 21.9. Конструкція радиннокристалічного монітору:

1 – скло; 2 – діелектрик, 3 – горизонтальні та вертикальні шини;

4 – рідиннокристалічний шар; 5 – джерело світла

 

У кольорових моніторах застосовують властивість рідинних кристалів змінювати кут повороту площини поляризації випромінювання в залежності від довжини хвилі світла. Світло при різній довжині хвилі в рідиннокристалічному шарі може відбиватися або поглинатися, що створює відповідний колір свічення на різних ділянках екрану монітора.

Для збільшення швидкості появи зображення та його яскравості в кожному елементі матриці розміщують плівкові транзистори.

 

Плазмові монітори

 

Робота плазмових моніторів заснована на електричному розряді у плазмі.

Конструкція плазмових моніторів схожа на конструкцію рідиннокристалічних. Вони мають також матрицю електродів, але між скляними пластинами розміщено не рідинні кристали, а інертний газ. Під дією напруги, яку прикладають до електродів, на їх перетині виникає електричний розряд, який випромінює світло у ультрафіолетовому діапазоні і спричиняє світіння люмінофору в місцях перетину шин-електродів, що формує піксел. Кожен піксел має три комірки з червоним, зеленим та синім люмінофорами. Кольор кожного елемента (пікселя) визначається інтенсивністю розряду. Плазмові монітори мають великі розміри екрана – 70¢¢ та більше і велику яскравість В = 700 кд/м² .

 

 

Контрольні запитання.

 

1. Призначення електронно променевих трубок.

2. Будова ЕПТ та призначення її елементів.

3. Основні параметри ЕПТ.

4. Системи відхилення променю в ЕПТ та фокусування.

5. Індикаторні ЕПТ.

6. Побудова та принцип роботи кольорових кінескопів.