Elektronstråleanordningar

Elektronstråleanordningar ( ELD ), även katodrör ( engelska  katodstrålerör ) eller katodstrålerör ( förkortning  - CRT ) - en klass av elektrovakuum elektroniska anordningar som använder ett elektronflöde bildat i form av en enda stråle (stråle) eller flera strålar styrda både av intensiteten (stråleströmmen) och av strålens position i rymden, och dessa strålar samverkar med enhetens stationära mål (skärm) [1] [2] [3] .

Huvudomfattningen av ELP är omvandlingen av optisk information till elektriska signaler - till exempel i TV-sändningsrör och omvänd omvandling av en elektrisk signal till en optisk - till exempel till en synlig tv-bild [3] .

Klassen katodstråleanordningar inkluderar inte heller röntgenrör som använder elektronstrålar , vakuumfotoceller , fotomultiplikatorer , gasurladdningsanordningar (till exempel dekatroner ) och mottagningsförstärkande elektroniska lampor ( stråletetroder , elektriska vakuumfluorescerande indikatorer, lampor med sekundär elektronemission, etc.).

Historik

År 1859 upptäckte J. Plücker , som undersökte en elektrisk urladdning i förtärda gaser, katodstrålar .

1879 fann W. Crookes att i frånvaro av externa elektriska och magnetiska fält utbreder sig katodstrålar i en rak linje och upptäckte att de kan avledas av ett magnetfält . I experiment med ett gasurladdningsrör som han skapade upptäckte han att när de faller på några kristallina ämnen, senare kallade katodoluminoforer , orsakar katodstrålar deras synliga glöd.

År 1897 upptäckte D. Thomson att katodstrålar avböjs av ett elektriskt fält, mätte förhållandet mellan laddning och massa av partiklar av katodstrålar. Upptäckten av elektronen som en elementarpartikel tillhör E. Wiechert [4] [5] och J. J. Thomson , som 1897 slog fast att förhållandet mellan laddning och massa för katodstrålar inte beror på katodmaterialet. Termen "elektron" som namnet på den grundläggande odelbara laddningsenheten inom elektrokemi föreslogs [6] av J. J. Stoney 1894 (enheten för elementär laddning i sig introducerades av honom 1874).

År 1897 designade Karl F. Brown , baserat på W. Crookes-röret, det första katoden, eller katodstråleröret, som han föreslog att använda som en indikatoranordning i studien av elektromagnetiska svängningar . Före 1906 användes katodstråleröret endast i oscilloskop .

Sedan 1902 arbetade B. L. Rosing med det bruna röret i experiment med att återge bilder. Efter publiceringen av hans patent 1907-1911 dök andra författare upp på användningen av en elektronstråle för att skapa tv [7] [8] .

ELP-klassificering

Klassificering efter syfte

Sändande katodstråleenheter omvandlar den optiska bilden till en elektrisk signal.

Mottagande katodstråleenheter omvandlar en elektrisk signal till en optisk (synlig) bild:

Katodstråleapparater utan synlig bild

Enligt metoden för fokusering och avböjning

Enligt metoden för att fokusera och avleda strålen är CRT:er indelade i:

Enhet

Alla elektronstråleenheter består av fyra huvuddelar:

Tar emot ELP med optisk bild

Detta är den mest omfattande och mest använda klassen av ELP- kineskop , oscilloskoprör , olika indikatorer. De skiljer sig åt i typen av skärm, metoden för avböjning och fokusering, form, storlek etc.

Skärm för att ta emot ELP med optisk bild

Fluorescerande skärmar

För visuell observation av processer är enhetens skärm från insidan av kolven täckt med en fosfor - ett ämne som kan luminescera under elektronbombardement. Ljusstyrkan hos fosforns glöd beror på elektronernas hastighet, ytdensiteten hos elektronströmmen och fosforens egenskaper.

Glow färg

Det finns monokroma och flerfärgade skärmar. Monokroma skärmar har en viss glödfärg - grön, blå, gul, röd eller vit. I flerfärgsskärmar beror glödens färg på elektronstrålarnas riktning eller intensitet, och färgen styrs elektroniskt. Ett välkänt exempel på flerfärgsskärmar är med färgkineskop.

Fosforens kemiska sammansättning bestämmer färgen och varaktigheten av skärmens glöd. För visuell observation i monokroma skärmar används fosfor med en grön glödfärg, för vilken det mänskliga ögats känslighet är maximal. Ämnen med grön luminescens inkluderar willemit (zinksilikat), zinksulfid eller en blandning av zink och kadmiumsulfider .

För fotograferingsprocesser används fosfor som ger ett blått och violett sken, för vilket känsligheten för den fotografiska emulsionen av fotografiskt material är maximal. Dessa är volframater  - barium och kadmium [14] .

Det finns skärmar med tvåskiktsfosfor, vars lager har en annan glödfärg och efterglödningstid, detta gör att du kan välja önskad färg med hjälp av ljusfilter [14] .

Skärmar med tvåskiktsfosfor används också i indikatorer med lång efterglöd. Det inre skiktet har ett blått sken och exciteras av en elektronstråle, det yttre skiktet, applicerat på kolvens glas, har en lång (flera sekunder) gulgrön efterglöd och fosforescerar från excitation av det blå ljuset från den första fosforn lager.

I färgkineskop appliceras en mosaik av fläckar eller ränder av fosfor med olika glödfärger på skärmen, elektronstrålar från flera spotlights lyser upp fosforn genom en mask som ser till att endast elektronstrålen från projektorn "av sin egen färg" träffar fosforområdena.

Efterglödens varaktighet

Under elektronbombardement av en fosfor observeras både luminescens , det vill säga glöd i ögonblicket för stöten, och fosforescens . Fenomenet fosforescens i en CRT kallas "efterglöd" - efter att exciteringen av fosforn av elektronstrålen har stoppats, fortsätter den att glöda under en tid med en gradvis dämpning av glödens ljusstyrka. Efterglödningstiden för en fosfor är den tid under vilken glödens ljusstyrka minskar med en viss mängd, vanligtvis 90 %, jämfört med det maximala värdet när det initialt exciteras av en elektronstråle.

Beroende på efterglödens varaktighet klassificeras fosfor i:  

  • med en mycket kort efterglöd, mindre än 10 −5 s;
  • med en kort efterglöd, från 10 −5 till 10 −2 s;
  • med en genomsnittlig efterglöd, från 10 −2 till 10 −1 s;
  • med ett långt eftersken, från 10 −1 till 15 s;
  • med en mycket lång efterglöd - över 15 s.

Zinksilikat har en relativt kort efterglöd för att observera processer som är vanliga inom radioteknik, medan zinksulfid eller zink- och kadmiumsulfid används för att observera långsammare processer [14] .

Skärmar med en lång efterglödning används vanligtvis i radarindikatorer, eftersom perioden för bildändring i radarindikatorer kan nå tiotals sekunder eller mer och är relaterad till antennsystemets rotationshastighet.

Egenskaper för vissa typer av skärmar ges i tabellen [15] .

Egenskaper för vissa typer av skärmar
Skärmtyp Beläggning glöd efterglöd
Färg Maximal spektral karakteristik, nm Färg Maximal spektral karakteristik, nm Efterglödstid
MEN Enkelt lager, fin struktur Blå 450 — — En kort
B Enkelt lager, fin struktur Vit 460 och 570
420 och 580 		— — Kort Medium
PÅ Tvålagers, grov struktur Vit 440 och 560 Gul 560 lång
G Strukturlös vakuumförångning Violett 560 (absorption) Violett 560 (absorption) Väldigt länge
D Enkelt lager, fin struktur Blå 440 och 520 Grön 520 lång
E Består av två typer av alternerande band Orange Blå 595

440 och 520

Orange Grön 595
520 		Förlängd Förlängd
Och Enkelt lager, fin struktur Grön 520 — — Medel
Till Tvålagers, grov struktur Rosa 440 och 600 Orange 600 lång
L Enkelt lager, fin struktur blålila 400 — — Mycket korta
M Enkelt lager, fin struktur Blå 465 — — En kort
P Enkelt lager, fin struktur Röd 630 — _ Medel
FRÅN Enskikts, finkornig struktur Orange 590 Orange 590 lång
T ett lager gulgrönt 555,5 — — Mycket korta
På Finkornig, fin struktur ljusgrön 530 — — En kort
C Mosaik, prickar av tre fosforer Blå
Grön
Röd 		450
520
640 		—
—
— 		—
—
— 		Kort
Medium
Medium
Andra typer av skärmar

Vissa ämnen, som inte själva är luminoforer, har egenskapen att förändra sina optiska egenskaper under inverkan av elektronbombardement. Special CRT ( skiatroner ) använder scotofor som skärmmaterial . Som en scotofor i sådana katodstrålerör används ett fint kristallint skikt av en alkalimetallhalogenid , till exempel kaliumklorid - en sikt  av typ G. Ett skikt av kaliumklorid avsätts på skärmen genom förstoftning i vakuum. Efter avsättning på substratet (väggen av en CRT-cylinder eller en glimmerplatta ) bildas en tunn strukturlös vit film. På platser som utsätts för elektronstrålen får saltet en mörklila färg som varar i många timmar. Missfärgning av lilafärgen hos kaliumklorid utförs genom att substratet värms upp till en temperatur av 300-350 °C.

I en annan typ av skärmar används egenskapen hos en tunn oljefilm avsatt på ett substrat för att deformeras när delar av dess yta laddas lokalt av en elektronstråle. I detta fall bryts ljusstrålarna från en extern källa på ojämnheten i oljefilmen och avviker i olika riktningar. Den ojämna laddningen av filmytan kvarstår under lång tid. Utjämningen av ytladdningen och utjämningen av oregelbundenheter på grund av ytspänningskrafterna utförs av en bred raderande elektronstråle. Sådana skärmar användes i optiska projektionssystem av eidofortyp .

Katodstrålerör med elektrostatisk avböjning och fokusering

CRTs av denna typ används ofta i elektroniska oscilloskop och andra radiomätinstrument, såsom panoramaspektrumanalysatorer .

Elektrostatisk avböjning katodstråleröranordning

CRT består av:

  • en elektronisk strålkastare som skapar en fokuserad elektronstråle riktad längs rörets axel;
  • avböjningssystem;
  • fluorescerande skärm för att indikera elektronstrålens position.
Elektronisk strålkastare

Den består av: katod (4), styrelektrod (3), första (5) och andra (6) anoder.

  • Katoden är utformad för att skapa ett flöde av elektroner. I en CRT används vanligtvis en indirekt uppvärmd katod i form av ett glas, inuti vilket det finns en indirekt värmare. Det aktiva (elektronemitterande) skiktet avsätts endast på botten av glaset, så katoden har en plan emitterande yta och elektroner emitteras endast i skärmens riktning.
  • Styrelektroden (modulator, Wehnelt-cylinder ) är utformad för att justera strömmen för den elektroniska sökarljuset och följaktligen ljusstyrkan hos ljuspunkten på skärmen (10). Elektroden är också gjord i form av en metallkopp som omger katoden. Glasets botten har ett membran i form av ett hål <1 mm i diameter, genom vilket de elektroner som emitteras av katoden passerar. Eftersom diametern på detta hål är liten, passerar elektroner vars banor avviker från normalen till planet för katodbotten inte genom membranet och deltar inte i strålbildning. Strålströmmen styrs genom att anbringa en liten negativ spänning på styrelektroden i förhållande till katoden.
  • Den första anoden är också en cylinder med två (eller tre) membran. Styrelektrodens och den första anodens inverkan på elektronstrålens ström liknar effekten av styrnätet ("första") och anoden på anodströmmen i EEW .
  • Den andra anoden liknar modulatorn och den första anoden, men större i diameter än den första anoden. Eftersom den andra anoden är en accelererande, appliceras en högre spänning i förhållande till katoden (1–20 kV). Fokuseringen av elektronstrålen på skärmen uppnås genom att ändra spänningarna vid den första och andra anoden.
Avslagssystem

För att flytta ljuspunkten över skärmen, mellan den andra anoden och skärmen finns ett avböjningssystem bestående av två par inbördes vinkelräta plattor. Mellan plattorna med horisontell avböjning (9) skapas ett elektriskt fält med en horisontellt orienterad intensitetsvektor, när spänning påläggs dem avviker strålen i horisontalplanet mot plattan med högre potential. Om en periodiskt föränderlig spänning appliceras på plattorna, kommer ljusstrålen att röra sig över skärmen i olika riktningar och lämna ett spår på skärmen i form av en horisontell linje. De vertikala avböjningsplattorna (8) skapar ett elektriskt fält med en vertikalt riktad hållfasthetsvektor och flyttar strålen upp och ner på skärmen.

Om olika spänningar appliceras samtidigt på båda paren av plattor, kommer strålen att rita en linje på skärmen, vars form beror på förändringarna i spänningar på plattorna i avlänkningssystemet [16] .

Kinescopes

Kinescopes är designade för användning i tv-apparater och var tidigare en integrerad del av alla tv-apparater, nu i tv-apparater är de nästan helt ersatta av displayenheter (skärmar) med andra funktionsprinciper.

Vissa ELP-tillverkare

Följande är de största ELP-tillverkningsföretagen (i alfabetisk ordning) i slutet av 1900-talet[ betydelsen av faktum? ] [17] :

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Katsnelson, 1985 , sid. 23.
  2. ↑ Doolin, 1978 , sid. 38.
  3. ↑ 1 2 3 Kolesnikov, 1991 , sid. 637.
  4. ↑ Wiechert E. Über das Wesen der Elektrizität  (tyska)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg in Preußen. — 7 jan. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 3-12 .
    Wiechert E. Experimentelles über die Kathodenstrahlen  (tyska)  // Schriften der Physikalisch-Ökonomischen Gesellschaft zu Königsberg in Preußen. — 7 jan. 1897. - Bd. 38 , H.1 . - S. 12-16 .
  5. ↑ Bykov G.V. Om historien om upptäckten av elektronen // Frågor om naturvetenskapens och teknikens historia. - 1963. - Utgåva. 15 . - S. 25-29 .
  6. ↑ Stoney GJ av "elektronen", eller elektricitetens atom ] //  Philosophical Magazine  . Serie 5. - 1894. - Vol. 38 . - s. 418-420 .
  7. ↑ 90 år av elektronisk tv
  8. ↑ Ett rör fulländat
  9. ↑ Katsnelson, 1985 , sid. 293-295.
  10. ↑ Katsnelson, 1985 , sid. 290.
  11. ↑ Katsnelson, 1985 , sid. 275.
  12. ↑ Katsnelson, 1985 , sid. 246.
  13. ↑ GOST 17791-82 Elektronstråleenheter. Termer och definitioner" föreskriver användningen av termen "elektronisk projektor"; användning av motsvarande "elektronpistol" är inte tillåten.
  14. ↑ 1 2 3 Remez, 1955 , sid. femton.
  15. ↑ Katsnelson, 1985 , sid. 24-25.
  16. ↑ Kalashnikov A. M., Stepuk Ya. V. Elektrovakuum- och halvledarenheter / ed. Överste-ingenjör N. P. Shiryaev. - M . : Military Publishing House, 1973. - S. 119-124. — 292 sid.
  17. ↑ Kitzmiller, John W. Television Picture Tubes and Other Cathode-Ray Tubes: Industry and Trade Summary , maj 1995, pp. 3-4.

Litteratur

  • Referensbok om elementen i radioelektronikapparater / ed. V.N. Dulina, M.S. Zhuk. - M . : Energi, 1978.
  • Katsnelson B. V. et al. Elektrovakuum elektroniska och gasurladdningsanordningar: en handbok / B. V. Katsnelson, A. M. Kalugin, A. S. Larionov; Under totalt ed. A.S. Larionova. - 2:a uppl., reviderad. och ytterligare .. - M . : Radio och kommunikation, 1985. - 864 sid.
  • Elektronik: Encyclopedic Dictionary / V. G. Kolesnikov (chefredaktör). - 1:a uppl. - M . : Sov. Encyclopedia, 1991. - S.  54 . - ISBN 5-85270-062-2 .
  • Sherstnev LG Elektronisk optik och elektronstråleenheter. - M . : Energi, 1971. - 368 sid.
  • Zhigarev AA Elektronisk optik och elektronstråleanordningar. - M . : Högre skola, 1972. - 540 sid.
  • Lachashvili R. A., Traube L. V. Design av elektronstråleanordningar. - M . : Radio och kommunikation, 1988. - 217 sid. — ISBN 5-256-00039-X .
  • Kurs för grundläggande radiotekniska mätningar / G. A. Remez. - M . : Statens förlag för litteratur om kommunikation och radio, 1955. - 448 sid.
  • Kalashnikov A. M. Stepuk Ya. V.  Elektrovakuum- och halvledarenheter. - M .: Military Publishing House, 1973. - 292 sid.

Länkar

 elektronstråleanordningar
Sändare Crookes rör
Främja
komma ihåg
Elektron mikroskop
Övrig
Huvuddelar
Begrepp