katodinių spindulių vamzdžiai. Katodinių spindulių vamzdžio įtaisas ir veikimo principas su

Katodinių spindulių vamzdis (CRT) naudoja elektronų pluoštą iš įkaitinto katodo, kad atkurtų vaizdą fluorescenciniame ekrane. Katodas pagamintas iš oksido, su netiesioginiu šildymu, cilindro su šildytuvu pavidalu. Oksido sluoksnis nusodinamas ant katodo dugno. Aplink katodą yra cilindro formos valdymo elektrodas, vadinamas moduliatoriumi, kurio apačioje yra skylė. Šis elektrodas skirtas valdyti elektronų pluošto tankį ir iš anksto jį sufokusuoti. Moduliatoriui taikoma neigiama kelių dešimčių voltų įtampa. Kuo ši įtampa didesnė, tuo daugiau elektronų grįžta į katodą. Kiti elektrodai, taip pat cilindriniai, yra anodai. CRT yra bent du iš jų. Antrajame anode įtampa yra nuo 500 V iki kelių kilovoltų (apie 20 kV), o ant pirmojo – kelis kartus mažesnė. Anodų viduje yra pertvaros su skylutėmis (diafragmomis). Veikiant greitėjančiam anodų laukui, elektronai įgauna didelį greitį. Galutinis elektronų pluošto fokusavimas atliekamas naudojant nevienodą elektrinį lauką erdvėje tarp anodų, taip pat dėl ​​diafragmų. Sistema, susidedanti iš katodo, moduliatoriaus ir anodų, vadinama elektroniniu prožektoriumi (elektronų pistoletu) ir skirta sukurti elektronų pluoštą, t.y. ploną elektronų srautą, dideliu greičiu skrendantį iš antrojo anodo į liuminescencinį ekraną. Elektroninis prožektorius įdėtas į siaurą CRT lemputės kaklelį. Šis spindulys nukreipiamas elektrinio arba magnetinio lauko, o spindulio intensyvumą galima keisti valdymo elektrodu, taip keičiant dėmės ryškumą. Liuminescencinis ekranas suformuojamas plonu fosforo sluoksniu užtepant ant CRT kūginės dalies galinės sienelės vidinio paviršiaus. Ekraną bombarduojančių elektronų kinetinė energija paverčiama matoma šviesa.

CRT Su elektrostatiniu valdymu.

Elektriniai laukai dažniausiai naudojami mažo ekrano CRT. Elektrinio lauko nukreipimo sistemose lauko vektorius orientuotas statmenai pradiniam spindulio keliui. Nukreipimas atliekamas taikant potencialų skirtumą nukreipiančių plokščių porai (pav. toliau). Paprastai įlinkio plokštės deformaciją horizontalia kryptimi padaro proporcingą laikui. Tai pasiekiama nukreipiant plokštes įjungus įtampą, kuri tolygiai didėja, kai spindulys sklinda per ekraną. Tada ši įtampa greitai nukrenta iki pradinio lygio ir vėl pradeda tolygiai didėti. Tiriamas signalas nukreipiamas į vertikalia kryptimi besikreipiančias plokštes. Jei vieno horizontalaus braukimo trukmė yra lygi periodui arba atitinka signalo pasikartojimo dažnį, ekrane nuolat bus rodomas vienas bangavimo proceso periodas.

1 - CRT ekranas, 2 - katodas, 3 - moduliatorius, 4 - pirmasis anodas, 5 - antras anodas, P - nukreipiančios plokštės.

CRT su elektromagnetiniu valdymu

Tais atvejais, kai reikalingas didelis įlinkis, elektrinio lauko panaudojimas spinduliui nukreipti tampa neefektyvus.

Elektromagnetiniai vamzdžiai turi elektronų pistoletą, tą patį kaip ir elektrostatiniai vamzdžiai. Skirtumas tas, kad įtampa prie pirmojo anodo nesikeičia, o anodai yra tik tam, kad pagreitintų elektronų srautą. Magnetiniai laukai reikalingi norint nukreipti spindulį televizoriaus CRT su dideliais ekranais.

Elektronų pluošto fokusavimas atliekamas naudojant fokusavimo ritę. Fokusavimo ritė turi įprastą apviją ir uždedama tiesiai ant vamzdelio kolbos. Fokusavimo ritė sukuria magnetinį lauką. Jei elektronai juda išilgai ašies, kampas tarp greičio vektoriaus ir magnetinio lauko linijų bus lygus 0, todėl Lorenco jėga lygi nuliui. Jei elektronas skrieja į magnetą kampu, tai dėl Lorenco jėgos elektrono trajektorija nukryps link ritės centro. Dėl to visos elektronų trajektorijos susikirs viename taške. Keisdami srovę per fokusavimo ritę, galite pakeisti šio taško vietą. Pasiekite, kad šis taškas būtų ekrano plokštumoje. Spindulys nukreipiamas naudojant magnetinius laukus, kuriuos sukuria dvi nukreipiančių ritių poros. Viena pora yra vertikalios įlinkio ritės, o kita - ritės taip, kad jų magnetinės jėgos linijos vidurio linijoje būtų viena kitai statmenos. Ritės yra sudėtingos formos ir yra ant vamzdžio kaklelio.

Naudojant magnetinius laukus, kad nukreiptų spindulį dideliais kampais, CRT pasirodo trumpas, taip pat leidžia gaminti didelių dydžių ekranus.

kineskopai.

Kineskopai yra kombinuoti CRT, tai yra, jie turi elektrostatinį fokusavimą ir elektromagnetinio pluošto nukreipimą, kad padidintų jautrumą. Pagrindinis skirtumas tarp kineskopų ir CRT yra toks: kineskopų elektroninis pistoletas turi papildomą elektrodą, kuris vadinamas greitintuvu. Jis yra tarp moduliatoriaus ir pirmojo anodo, jam taikoma kelių šimtų voltų teigiama įtampa katodo atžvilgiu ir papildomai paspartina elektronų srautą.

Nespalvotos televizijos kineskopo schema: 1- katodo šildytuvo sriegis; 2- katodas; 3- valdymo elektrodas; 4- greitinantis elektrodas; 5- pirmasis anodas; 6- antrasis anodas; 7 - laidžioji danga (aquadag); 8 ir 9 - ritės vertikaliam ir horizontaliam spindulio nukreipimui; 10 - elektronų pluoštas; 11 - ekranas; 12 - antrojo anodo išėjimas.

Antrasis skirtumas yra tas, kad kineskopo ekranas, skirtingai nei CRT, yra trijų sluoksnių:

1 sluoksnis - išorinis sluoksnis - stiklas. Kineskopo ekrano stiklui keliami didesni reikalavimai dėl sienų lygiagretumo ir pašalinių intarpų nebuvimo.

2 sluoksnis yra fosforas.

3 sluoksnis yra plona aliuminio plėvelė. Šis filmas turi dvi funkcijas:

Padidina ekrano ryškumą, veikdamas kaip veidrodis.

Pagrindinė funkcija yra apsaugoti fosforą nuo sunkiųjų jonų, kurie kartu su elektronais išskrenda iš katodo.

Spalvoti kineskopai.

Veikimo principas pagrįstas tuo, kad sumaišius tris spalvas – raudoną, mėlyną ir žalią, galima gauti bet kokią spalvą ir atspalvį. Todėl spalvoti kineskopai turi tris elektronų patrankas ir vieną bendrą nukreipimo sistemą. Spalvoto kineskopo ekranas susideda iš atskirų sekcijų, kurių kiekvienoje yra trys fosforo ląstelės, kurios šviečia raudonai, mėlynai ir žaliai. Be to, šių ląstelių dydžiai yra tokie maži ir yra taip arti vienas kito, kad jų švytėjimą akis suvokia kaip bendrą. Tai yra bendras spalvų kineskopų kūrimo principas.

Spalvoto kineskopo ekrano mozaika (triados) su šešėlių kauke: R - raudona, G - žalia, B - mėlyni fosforo "taškeliai".

Puslaidininkių elektrinis laidumas

Puslaidininkių savitasis laidumas.

Vidinis puslaidininkis yra visiškai chemiškai grynas puslaidininkis, turintis vienalytę kristalinę gardelę, kurios valentinėje orbitoje yra keturi elektronai. Silicis dažniausiai naudojamas puslaidininkiniuose įrenginiuose. Si ir germanis Ge.

Žemiau parodytas silicio atomo elektronų apvalkalas. Tik keturi išorinio apvalkalo elektronai, vadinami valentiniais elektronais, gali dalyvauti formuojant cheminius ryšius ir laidumo procese. Dešimt vidinių elektronų tokiuose procesuose nedalyvauja.

Puslaidininkio kristalinę struktūrą plokštumoje galima pavaizduoti taip.

Jei elektronas gavo energiją, didesnę už juostos tarpą, jis nutraukia kovalentinį ryšį ir tampa laisvas. Jo vietoje susidaro laisva vieta, kurios teigiamas krūvis yra lygus elektrono krūviui ir vadinama skylė. Chemiškai gryname puslaidininkyje elektronų koncentracija n yra lygi skylės koncentracijai p.

Elektronų ir skylių krūvių poros susidarymo procesas vadinamas krūvio generavimu.

Laisvas elektronas gali užimti skylės vietą, atkurdamas kovalentinį ryšį ir tokiu būdu išspinduliuodamas energijos perteklių. Šis procesas vadinamas krūvio rekombinacija. Rekombinacijos ir krūvių generavimo procese skylė tarsi juda priešinga kryptimi nei elektronų judėjimo kryptis, todėl skylė laikoma judriu teigiamu krūvininku. Skylės ir laisvieji elektronai, atsirandantys generuojant krūvininkus, vadinami vidiniais krūvininkais, o puslaidininkio laidumas dėl jo paties krūvininkų vadinamas vidiniu laidininko laidumu.

Laidininkų priemaišų laidumas.

Kadangi chemiškai grynų puslaidininkių laidumas labai priklauso nuo išorinių sąlygų, puslaidininkiniuose įtaisuose naudojami legiruoti puslaidininkiai.

Jei į puslaidininkį įvedama penkiavalentė priemaiša, tai 4 valentiniai elektronai atkuria kovalentinius ryšius su puslaidininkio atomais, o penktasis elektronas lieka laisvas. Dėl šios priežasties laisvųjų elektronų koncentracija viršys skylių koncentraciją. priemaiša, dėl kurios n> p, paskambino donoras priemaiša. Puslaidininkis, kuris n> p, vadinamas puslaidininkiu, turinčiu elektroninio tipo laidumą, arba puslaidininkiu n-tipas.

puslaidininkyje n-tipas elektronai vadinami daugumos krūvininkais, o skylės – mažumos krūvininkais.

Kai įvedama trivalentė priemaiša, trys jos valentiniai elektronai atkuria kovalentinį ryšį su puslaidininkio atomais, o ketvirtasis kovalentinis ryšys neatsistato, t.y., atsiranda skylė. Dėl to skylės koncentracija bus didesnė už elektronų koncentraciją.

Priemaiša, prie kurios p> n, paskambino priėmėjas priemaiša.

Puslaidininkis, kuris p> n, vadinamas puslaidininkiu su skylės tipo laidumu arba puslaidininkiu p tipo. puslaidininkyje p tipo skylės vadinamos daugumos krūvininkais, o elektronai – mažumos krūvininkais.

Elektronų skylių perėjimo susidarymas.

Dėl netolygios koncentracijos sąsajoje R ir n puslaidininkis, atsiranda difuzinė srovė, dėl kurios elektronai iš n- plotai persikelti į p-regionas, o jų vietoje lieka nekompensuoti donoro priemaišos teigiamų jonų krūviai. Į p-regioną patekę elektronai rekombinuojasi su skylutėmis ir atsiranda nekompensuoti akceptoriaus priemaišos neigiamų jonų krūviai. Plotis R-n perėjimas - dešimtoji mikrono dalis. Sąsajoje atsiranda vidinis p-n sandūros elektrinis laukas, kuris sulėtins pagrindinius krūvininkus ir išmes juos nuo sąsajos.

Mažumos krūvininkų atveju laukas įsibėgės ir perkels juos į regioną, kuriame jie bus pagrindiniai. Didžiausias elektrinio lauko stiprumas yra sąsajoje.

Potencialo pasiskirstymas per puslaidininkio plotį vadinamas potencialo diagrama. Galimas skirtumas R-n perėjimas vadinamas kontaktų skirtumas potencialai arba potencialus barjeras. Tam, kad pagrindinis krūvininkas įveiktų R-n pereinant, jo energijos turi pakakti potencialiam barjerui įveikti.

Tiesioginis ir atvirkštinis įtraukimas p-nperėjimas.

Pritaikome išorinę įtampą plius R- plotai. Išorinis elektrinis laukas nukreiptas į vidinį lauką R-n perėjimas, dėl kurio sumažėja potencialus barjeras. Pagrindiniai krūvininkai gali lengvai įveikti potencialų barjerą, taigi ir per R-n sandūroje tekės santykinai didelė srovė, kurią sukelia daugumos krūvininkai.

Toks įtraukimas R-n perėjimas vadinamas tiesioginiu, o srovės perėjimas R-n daugumos krūvininkų sukeltas perėjimas dar vadinamas tiesiogine srove. Manoma, kad su tiesioginiu ryšiu R-n perėjimas atidarytas. Jei prijungiate išorinę įtampą su minusu prie p-regionas, ir pliusas įjungtas n- regionas, tada atsiranda išorinis elektrinis laukas, kurio intensyvumo linijos sutampa su vidiniu lauku R-n perėjimas. Dėl to padidės potencialus barjeras ir plotis R-n perėjimas. Pagrindinių krūvininkų nepavyks įveikti R-n perėjimas, ir daroma prielaida, kad R-n perėjimas uždarytas. Abu laukai – tiek vidiniai, tiek išoriniai – spartėja mažumos krūvininkų atžvilgiu, todėl mažumos krūvininkai praeis pro R-n sandūroje, sukuriant labai mažą srovę, vadinamą atvirkštinė srovė. Toks įtraukimas R-n perėjimas taip pat vadinamas atvirkštiniu.

Savybės p-nperėjimas.Srovės ir įtampos charakteristika p-nperėjimas

Grįžkite prie pagrindinių funkcijų R-n perėjimai apima:

- vienpusio laidumo savybė;

Temperatūros savybės R-n perėjimas;

Dažnio savybės R-n perėjimas;

Palaužti R-n perėjimas.

Vienpusio laidumo savybė R-n apsvarstykite perėjimą prie srovės įtampos charakteristikos.

Srovės ir įtampos charakteristika (CVC) yra grafiškai išreikšta tekančios srovės vertės priklausomybė R-n srovės perėjimas nuo taikomos įtampos dydžio aš= f(U) - 29 pav.

Kadangi atvirkštinės srovės dydis yra daug kartų mažesnis už nuolatinę srovę, atvirkštinės srovės galima nepaisyti ir daryti prielaidą, kad R-n Sankryža teka srovę tik viena kryptimi. temperatūros savybė R-n perėjimas parodo, kaip keičiasi darbas R-n perėjimas su temperatūros pokyčiais. Ant R-n perėjimui daugiausia įtakos turi šildymas, labai mažai – vėsinimas. Kylant temperatūrai, didėja krūvininkų šiluminė generacija, todėl didėja tiek tiesioginė, tiek atvirkštinė srovė. Dažnio savybės R-n perėjimai parodo, kaip tai veikia R-n perėjimas, kai jai taikoma aukšto dažnio kintamoji įtampa. Dažnio savybės R-n sandūros apibrėžiamos dviejų tipų sandūros talpa.

Pirmasis talpos tipas yra talpa, atsirandanti dėl nejudančių donorų ir akceptorių priemaišų jonų krūvių. Tai vadinama įkrovimo arba barjerine talpa. Antrasis talpos tipas yra difuzinė talpa, atsirandanti dėl mobiliųjų krūvininkų difuzijos R-n tiesioginis perjungimas.

Jei įjungtas R-n sandūrą kintamajai įtampai tiekti, tada talpą R-n perėjimas mažės didėjant dažniui, o kai kuriais aukštais dažniais talpa gali tapti lygi vidinei varžai R-n tiesioginis perjungimas. Tokiu atveju, vėl įjungus, per šią talpą tekės pakankamai didelė atvirkštinė srovė, ir R-n perėjimas praras vienpusio laidumo savybę.

Išvada: kuo mažesnė talpos vertė R-n perėjimas, tuo aukštesniais dažniais jis gali veikti.

Barjerinė talpa turi pagrindinį poveikį dažnio savybėms, nes difuzinė talpa atsiranda su tiesioginiu ryšiu, kai vidinė varža R-n mažas perėjimas.

Suskirstymas p-nperėjimas.

Didėjant atvirkštinei įtampai, elektrinio lauko energijos pakanka krūvininkams generuoti. Dėl to stipriai padidėja atvirkštinė srovė. Reiškinys, kai stipriai padidėja atvirkštinė srovė esant tam tikrai atvirkštinei įtampai, vadinamas elektriniu gedimu. R-n perėjimas.

Elektros gedimas yra grįžtamasis gedimas, tai yra, sumažėjus atvirkštinei įtampai R-n perėjimas atkuria vienpusio laidumo savybę. Jei atvirkštinė įtampa nesumažėja, puslaidininkis labai įkais dėl šiluminio srovės poveikio ir R-n perėjimas dega. Šis reiškinys vadinamas terminiu bėgimu. R-n perėjimas. Terminis gedimas yra negrįžtamas.

Puslaidininkiniai diodai

Puslaidininkinis diodas yra įtaisas, sudarytas iš puslaidininkinio kristalo, paprastai turinčio vieną p-n sandūrą ir du gnybtus. Diodų yra daug įvairių – lygintuvų, impulsų, tunelinių, invertuotų, mikrobangų diodų, taip pat zenerio diodų, varikapų, fotodiodų, šviesos diodų ir kt.

Diodų žymėjimas susideda iš 4 žymenų:

K C -156 A

Mokinys turi žinoti : osciloskopo blokinė schema; pagrindinių osciloskopo blokų paskyrimas; katodinių spindulių vamzdžio įtaisas ir veikimo principas; šlavimo generatoriaus veikimo principas (pjūklo įtampa), viena kitai statmenų svyravimų pridėjimas.

Mokinys turi sugebėti : empiriškai nustatyti padalijimo kainą horizontaliai ir vertikaliai, išmatuoti nuolatinės srovės įtampos dydį, periodą, dažnį ir kintamosios įtampos amplitudę.

Trumpa teorija Osciloskopo struktūra

Elektroninis osciloskopas yra universalus prietaisas, leidžiantis stebėti greitus elektros procesus (iki 10 -12 s). Naudodami osciloskopą galite išmatuoti įtampą, srovę, laiko intervalus, nustatyti kintamosios srovės fazę ir dažnį.

Nes galimi skirtumai atsiranda funkcionuojant gyvų organizmų nervams ir raumenims, tuomet elektroninis osciloskopas, ar jo modifikacijos, plačiai naudojamas biologiniuose ir medicininiuose įvairių organų, širdies, nervų sistemos, akių, skrandžio ir kt.

Prietaisas gali būti naudojamas stebėti ir matuoti neelektrinius dydžius, jei naudojami specialūs pirminiai keitikliai.

Osciloskope nėra judančių mechaninių dalių (žr. 1 pav.), tai veikiau elektronų pluošto nukreipimas elektriniame arba magnetiniame lauke. Siauras elektronų spindulys, atsitrenkęs į specialiu junginiu padengtą ekraną, priverčia jį švytėti. Perkeldami elektronų spindulį galite sekti jį šviečiančio taško judėjimu ekrane.

Elektronų pluoštas „seka“ tiriamo elektrinio lauko pokytį, neatsilikdamas nuo jo, nes elektronų pluoštas praktiškai be inercijos.

Ryžiai. 1. pav. 2.

Katodinių spindulių vamzdžio sandara Katodas ir moduliatorius

Tai didelis elektroninio osciloskopo pranašumas, lyginant su kitais įrašymo prietaisais.

Šiuolaikiniame elektroniniame osciloskope yra šie pagrindiniai komponentai: katodinių spindulių vamzdis (CRT), šlavimo generatorius, stiprintuvai ir maitinimo šaltinis.

Katodinių spindulių vamzdžio įtaisas ir veikimas

Apsvarstykite katodinių spindulių vamzdžio su elektrostatiniu fokusavimu ir elektrostatiniu elektronų pluošto valdymu konstrukciją.

CRT, schematiškai pavaizduota fig. 1 yra specialios formos stiklinė kolba, kurioje sukuriamas didelis vakuumas (10-7 mmHg). Kolbos viduje yra elektrodai, kurie veikia kaip elektronų pistoletas, sukuriantis siaurą elektronų pluoštą; spindulį nukreipiančios plokštės ir fosforo sluoksniu padengtas ekranas.

Elektronų pistoletas susideda iš katodo 1, valdymo (moduliacinio) elektrodo 2, papildomo ekranavimo elektrodo 3 ir pirmojo bei antrojo anodo 4, 5.

Šildomas katodas 1 pagamintas iš mažo nikelio cilindro, kurio viduje yra siūlelis, priekinėje galinėje dalyje yra oksido sluoksnis su mažo elektronų darbo funkcija elektronams gauti (2 pav.).

Katodas yra valdymo elektrodo arba moduliatoriaus viduje, kuris yra metalinis puodelis, kurio gale yra skylė, per kurią gali praeiti elektronai. Valdymo elektrodas turi neigiamą potencialą katodo atžvilgiu, o pakeitus šio potencialo vertę, galima reguliuoti per jo angą einančių elektronų srauto intensyvumą ir taip pakeisti ekrano ryškumą. Tuo pačiu metu tarp katodo ir moduliatoriaus esantis elektrinis laukas fokusuoja elektronų pluoštą (2 pav.).

Ekranavimo elektrodas 3 turi šiek tiek didesnį potencialą nei katodo potencialas ir padeda palengvinti elektronų išėjimą, kad būtų išvengta valdymo elektrodo 2 ir pirmojo anodo 4 elektrinių laukų sąveikos.

Papildomas elektronų fokusavimas ir pagreitis atsiranda dėl elektrinio lauko tarp pirmojo ir antrojo anodo, kuris sudaro elektroninį lęšį. Šie anodai yra pagaminti cilindrų pavidalu, kurių viduje yra diafragmos. Pirmajame anode 4 tiekiamas teigiamas potencialas katodo atžvilgiu šimtų voltų, antrajame 5 - tūkstančio voltų. Elektrinio lauko stiprumo linijos tarp šių anodų parodytos 3 pav.

Osciloskopo katodinių spindulių vamzdis skirtas elektriniams signalams rodyti fluorescenciniame ekrane. Vaizdas ekrane naudojamas ne tik vizualiai įvertinti signalo formą, bet ir išmatuoti jo parametrus, o kai kuriais atvejais – pritvirtinti prie plėvelės.

Enciklopedinis „YouTube“.

• 1 / 5

  Osciloskopo CRT yra vakuuminė stiklinė lemputė, kurioje yra elektronų pistoletas, nukreipimo sistema ir liuminescencinis ekranas. Elektronų pistoletas sukurtas taip, kad suformuotų siaurą elektronų spindulį ir sufokusuotų jį ekrane. Elektronus išskiria netiesiogiai šildomas katodas su šildytuvu dėl termojoninės emisijos reiškinio. Elektronų pluošto intensyvumas, taigi ir dėmės ryškumas ekrane, yra valdomas neigiama įtampa, palyginti su valdymo elektrodo katodu. Pirmasis anodas skirtas fokusuoti, antrasis elektronams pagreitinti. Valdymo elektrodas ir anodo sistema sudaro fokusavimo sistemą.

  Nukreipimo sistema susideda iš dviejų porų plokščių, išdėstytų horizontaliai ir vertikaliai. Prie horizontalių plokščių, kurios vadinamos vertikalios nukreipimo plokštės, taikoma bandomoji įtampa. Prie vertikalių plokščių, kurios vadinamos horizontalios nukreipimo plokštės, iš šlavimo generatoriaus tiekiama pjūklo įtampa. Veikiami susidarančio elektrinio lauko, skraidantys elektronai nukrypsta nuo pradinės trajektorijos proporcingai taikomai įtampai. Šviečianti dėmė CRT ekrane nubrėžia tiriamo signalo formą. Dėl pjūklo įtampos taškas juda ekrane iš kairės į dešinę.

  Jei vertikalioms ir horizontaliosioms nukreipimo plokštėms pateikiami du skirtingi signalai, ekrane galima stebėti Lissajous figūras.

  CRT ekrane galima stebėti įvairias funkcines priklausomybes, pavyzdžiui, dviejų gnybtų tinklo srovės-įtampos charakteristikas, jei į horizontaliąsias nukreipimo plokštes tiekiamas signalas, proporcingas kintančiajai įtampai, ir proporcingas juo tekanti srovė nukreipiama į vertikaliąsias nukreipimo plokštes.

  Osciloskopiniuose kineskopuose naudojamas elektrostatinis pluošto nukreipimas, nes tiriami signalai gali turėti savavališką formą ir platų dažnių spektrą, o elektromagnetinio kreipimo panaudojimas tokiomis sąlygomis neįmanomas dėl nukreipimo ritės varžos priklausomybės nuo dažnio.

  "Žemo dažnio" diapazono vamzdžiai (iki 100 MHz)

  Tokių vamzdžių elektrostatinės nukreipimo sistema susideda iš dviejų porų nukreipimo plokščių, vertikalios ir horizontalios, esančių CRT viduje.

  Stebint signalus, kurių dažnių spektras mažesnis nei 100 MHz, galima nepaisyti elektronų skrydžio per nukreipimo sistemą laiko. Elektronų skrydžio laikas apskaičiuojamas pagal formulę:

  t ≈ l m 2 e U a (\displaystyle t\approx l(\sqrt (\frac (m)(2eU_(a)))))

  kur e (\displaystyle e) ir m (\displaystyle m) yra atitinkamai elektrono krūvis ir masė, l (\displaystyle l)- plokščių ilgis, U a (\displaystyle U_(a))- anodo įtampa.

  sijos įlinkis ∆ (\displaystyle \Delta ) ekrano plokštumoje yra proporcinga plokščių įtampai U O T (\displaystyle U_(OT))(darant prielaidą, kad elektronams skrendant nukreipiančių plokščių lauke, plokštelių įtampa išlieka pastovi):

  Δ = U O T l D 2 U a d (\displaystyle \Delta =(\frac (U_(OT)lD)(2U_(a)d)))

  kur D (\displaystyle D)- atstumas nuo plokščių nuokrypio centro iki ekrano, d (\displaystyle d) yra atstumas tarp plokščių.

  CRT, naudojamuose stebėti retai pasikartojančius ir pavienius signalus, naudojami fosforai, kurių švytėjimo laikas yra ilgas.

  Vamzdžiai virš 100 MHz

  Greitai besikeičiančioms sinusoidinėms bangų formoms jautrumas deformacijai pradeda mažėti, o sinusoidės periodui artėjant prie skrydžio, jautrumas nukrypimui sumažėja iki nulio. Visų pirma, stebint plataus spektro impulsinius signalus (viršutinės harmonikos periodas lygus skrydžio laikui arba jį viršija), šis efektas sukelia signalo formos iškraipymą dėl skirtingo jautrumo nuokrypiui į skirtingas harmonikas. Padidinus anodo įtampą arba sumažinus plokščių ilgį, galima sutrumpinti skrydžio laiką ir sumažinti šiuos iškraipymus, tačiau tai sumažina jautrumą deformacijai. Todėl signalų, kurių dažnių spektras viršija 100 MHz, oscilografijai, nukreipiančios sistemos gaminamos slenkančios bangos linijos pavidalu, dažniausiai spiralinio tipo. Signalas nukreipiamas į spiralės pradžią ir elektromagnetinės bangos pavidalu juda išilgai sistemos ašies fazės greičiu v f (\displaystyle v_(f)):

  v f = c h c l c (\displaystyle v_(f)=(\frac (ch_(c))(l_(c))))

  kur c (\displaystyle c)- šviesos greitis, h c (\displaystyle h_(c))- spiralės žingsnis l c (\displaystyle l_(c)) yra spiralės ilgis. Dėl to skrydžio laiko įtaka gali būti pašalinta, jei elektronų greitis pasirenkamas lygus bangos faziniam greičiui sistemos ašies kryptimi.

  Siekiant sumažinti signalo galios nuostolius, tokių CRT nukreipimo sistemos išvados daromos bendraašios. Bendraašių įvorių geometrija parenkama taip, kad jų banginis pasipriešinimas atitiktų spiralinės nukreipimo sistemos bangos varžą.

  Vamzdžiai su postakceleracija

  Norint padidinti jautrumą deformacijai, būtina turėti žemą anodo įtampą, tačiau dėl to sumažėja vaizdo ryškumas, nes sumažėja elektronų greitis. Todėl oscilografiniuose CRT naudojama po pagreičio sistema. Tai elektrodų sistema, esanti tarp nukreipimo sistemos ir ekrano, laidžios dangos pavidalu, nusodinta ant CRT korpuso vidinio paviršiaus.

  Stiprintuvai

  Plačiajuostėse CRT, veikiančiose kelių GHz diapazone, ryškumo stiprintuvai naudojami ryškumui padidinti neprarandant jautrumo. Ryškumo stiprintuvas yra mikrokanalo plokštė, esanti CRT viduje priešais fluorescencinį ekraną. Plokštė pagaminta iš specialaus pusiau laidžio stiklo su dideliu antrinės emisijos koeficientu. Į kanalus patekę pluošto elektronai (kurių skersmuo daug mažesnis už jų ilgį) išmuša antrinius elektronus iš jo sienelių. Juos pagreitina plokštės galuose esančios metalinės dangos sukuriamas laukas ir, atsitrenkę į kanalo sieneles, išmuša naujus elektronus. Bendras mikrokanalinio stiprintuvo stiprinimas gali būti 10 5 ... 10 6 . Tačiau dėl kanalų sienelių susikaupusių krūvių mikrokanalinis stiprintuvas yra efektyvus tik nanosekundžių impulsams, pavieniams arba sekantiems su mažu pasikartojimo dažniu.

  Skalė

  Norint išmatuoti CRT ekrane atkuriamo signalo parametrus, rodmenys turi būti atliekami skalėje su padalomis. Brėžiant skalę ant išorinio CRT ekrano paviršiaus, matavimo tikslumas sumažėja dėl ekrano storio sukelto paralakso. Todėl šiuolaikiniuose CRT mastelis daromas tiesiai ant vidinio ekrano paviršiaus, tai yra praktiškai sulygiuotas su signalo vaizdu.

  Vamzdžiai fotografijos registracijai

  Siekiant pagerinti kontaktinio signalo fotografavimo kokybę, ekranas pagamintas stiklo pluošto disko pavidalu. Šis sprendimas leidžia perkelti vaizdą iš vidinio paviršiaus į išorinį išlaikant jo aiškumą. Vaizdo neryškumą riboja stiklo pluošto gijų skersmuo, kuris paprastai neviršija 20 µm. CRT, skirtuose fotografuoti, naudojami fosforai, kurių emisijos spektras atitinka juostos spektrinį jautrumą.

  Literatūra

  • Vukolovas N. I., Gerbinas A. I., Kotovščikovas G. S. Katodinių spindulių vamzdžių priėmimas: vadovas .. - M .: Radijas ir ryšys, 1993. - 576 p. - ISBN 5-256-00694-0.
  • Žigarevas A. A., Šamajeva G. T. Elektroninio pluošto ir fotoelektroniniai prietaisai: vadovėlis aukštosioms mokykloms. - M. : Aukštoji mokykla, 1982. - 463 p., nesveikas.

  Visai neseniai katodinių spindulių vamzdis buvo paplitęs įvairiausiuose įrenginiuose, pavyzdžiui, analoginiuose osciloskopuose, taip pat radijo inžinerijos pramonėje – televizijoje ir radare. Tačiau pažanga nestovi vietoje, o katodinių spindulių lempas pamažu pradėjo keisti modernesni sprendimai. Verta paminėti, kad kai kuriuose įrenginiuose jie vis dar naudojami, todėl pažiūrėkime, kas tai yra.

  Kaip įkrautų dalelių šaltinis katodinių spindulių vamzdeliuose naudojamas šildomas katodas, kuris dėl termojoninės emisijos išskiria elektronus. Valdymo elektrodo viduje yra katodas, kuris yra cilindro formos. Jei pakeisite neigiamą valdymo elektrodo potencialą, galėsite pakeisti ekrano šviesos taško ryškumą. Taip yra dėl to, kad elektrodo neigiamo potencialo pasikeitimas turi įtakos elektronų srauto dydžiui. Už valdymo elektrodo yra du cilindriniai anodai, kurių viduje sumontuotos diafragmos (pertvaros su mažomis skylutėmis). Anodų sukuriamas greitėjimo laukas užtikrina kryptingą elektronų judėjimą ekrano link ir tuo pačiu „surenka“ elektronų srautą į siaurą srautą (spindulį). Be fokusavimo, kuris įgyvendinamas naudojant elektrostatinį lauką, magnetinio pluošto fokusavimas taip pat naudojamas katodinių spindulių vamzdyje. Norėdami tai suprasti, ant vamzdžio kaklelio uždedama fokusavimo ritė. , kuris veikia ritės sukurtame magnetiniame lauke esančius elektronus, prispaudžia juos prie vamzdžio ašies, taip sudarydamas ploną spindulį. Elektronų pluoštui perkelti arba nukreipti ekrane, kaip ir fokusuojant, naudojami elektriniai ir magnetiniai laukai.

  Elektrostatinė spindulio nukreipimo sistema susideda iš dviejų porų plokščių: horizontalios ir vertikalios. Skrisdami tarp plokščių, elektronai nukryps link teigiamai įkrautos plokštės (a pav.):

  Dvi viena kitai statmenos plokščių poros leidžia nukreipti elektronų pluoštą tiek vertikaliai, tiek horizontaliai. Magnetinio nukreipimo sistema susideda iš dviejų porų ritinių 1 - 1 / ir 2 - 2 /, esančių ant vamzdžio baliono stačiu kampu viena kitos atžvilgiu (b pav.). Šių ritinių sukurtame magnetiniame lauke skraidančius elektronus paveiks Lorenco jėga.

  Elektronų srauto judėjimas išilgai vertikalių sukels horizontaliai išsidėsčiusių ritinių magnetinį lauką. Vertikaliai išdėstytų ritinių laukas yra horizontalus. Katodinių spindulių vamzdžio ekraną dengia permatomas specialios medžiagos sluoksnis, kuris gali švytėti, kai yra bombarduojamas elektronais. Prie tokių medžiagų priskiriami kai kurie puslaidininkiai – kalcio volframas, Willemitas ir kt.

  

  Pagrindinė katodinių spindulių lempų grupė yra osciloskopiniai vamzdžiai, kurių pagrindinė paskirtis – tirti greitus srovės ir įtampos pokyčius. Šiuo atveju tiriamoji srovė nukreipiama į nukreipimo sistemą, todėl spindulys ekrane nukrypsta proporcingai šios srovės stiprumui (įtampai).

  .
  Katodinių spindulių vamzdžiai, kurių veikimas pagrįstas vieno ar kelių elektronų pluošto intensyvumo ir padėties formavimu bei valdymu, klasifikuojami pagal elektronų pluošto valdymo paskirtį ir būdą. Priklausomai nuo paskirties, CRT skirstomi į priėmimo, perdavimo, saugojimo ir tt Priėmimo vamzdeliai naudojami kaip indikatoriniai įrenginiai. Pagal elektronų pluošto valdymo metodą CRT skirstomi į vamzdelius su elektrostatiniu ir magnetiniu valdymu. Pirmajame elektronų pluoštui valdyti naudojamas elektrinis laukas, o antrajame – magnetinis laukas.

  Elektrostatiškai valdomi katodinių spindulių vamzdžiai užtikrina aukštesnio dažnio savybes, todėl jie plačiai naudojami kaip elektroninių osciloskopų indikatoriai. Apsvarstykite elektrostatiniu būdu valdomo katodinių spindulių vamzdžio veikimą, kurio konstrukcija schematiškai parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

  Tai stiklinė kolba, kurios siauroje dalyje yra elektroninis prožektorius (EP) ir nukreipimo sistema (OS). Galinėje kolbos dalyje yra ekranas (E), padengtas specialia kompozicija - fosforu, galinčiu švytėti, kai jį bombarduoja elektronų pluoštas. Elektroninį projektorių sudaro kaitinamas siūlas (H), katodas (K), moduliatorius (M) ir du anodai (A ir A2).

  Elektronai, palikę katodą, sudaro elektronų debesį, kuris, veikiamas anodo lauko, juda ekrano link, sudarydamas elektronų pluoštą. Ši sija praeina per moduliatorių, pagamintą iš tuščiavidurio cilindro su skylute ir apatine dalimi. Į moduliatorių įvedama kelių dešimčių voltų įtampa, neigiama katodo atžvilgiu. Ši įtampa sukuria lėtinantį lauką, kuris iš anksto sufokusuoja elektronų spindulį ir keičia ekrano švytėjimo ryškumą. Norint gauti reikiamą elektronų pluošto energiją (greitį), anodams taikoma teigiama įtampa katodo atžvilgiu: anodui A1 apie kelis šimtus voltų, o anodui A2 – keli tūkstančiai voltų. Anodo A2 įtampos vertė parenkama iš antrojo elektrostatinio lęšio židinio nustatymo ekrano plokštumoje sąlygos.

  CRT nukreipimo sistemą sudaro dvi poros viena kitai statmenų plokščių, išdėstytų simetriškai lemputės ašies atžvilgiu. Plokštėms taikoma įtampa išlenkia elektronų pluošto kelią, todėl ekrano šviesos taškas nukrypsta. Šio nuokrypio vertė yra tiesiogiai proporcinga OS plokščių įtampai ir atvirkščiai proporcinga antrojo anodo įtampai Ua.

  (Paveikslėlis žemiau), kaip ir elektrostatiškai valdomas CRT, apima EP ir OS. Abiejų vamzdžių EA konstrukcijos yra panašios.

  

  Preliminarus elektronų pluošto fokusavimas magnetiniu būdu valdomame vamzdyje taip pat atliekamas dviem elektrostatiniais lęšiais, suformuotais atitinkamai elektriniais laukais tarp moduliatoriaus ir pirmojo anodo bei tarp pirmojo ir antrojo anodo. Pirmojo anodo, kartais vadinamo greitinamuoju elektrodu, funkcija papildomai apima moduliatoriaus ekranavimą nuo antrojo anodo, kuris beveik visiškai pašalina ekrano švytėjimo ryškumo priklausomybę nuo antrojo anodo įtampos.

  CRT viduje yra kitas elektrodas, vadinamas aquadag (AK). Aquadag yra elektra prijungtas prie antrojo anodo. Pagrindinį elektronų pluošto fokusavimą atlieka netolygus fokusavimo ritės (FC) magnetinis laukas, kuris struktūriškai yra ant CRT lemputės kaklelio. Šis laukas, atsirandantis, kai per kompiuterį teka nuolatinė srovė, suteikia elektronams sukimosi judesį aplink pluošto ašį, sufokusuodamas jį ekrano plokštumoje.

  Magnetinėje OS yra dvi poros viena kitai statmenų apvijų, sujungtų nuosekliai, struktūriškai pagamintų vieno bloko pavidalu. Šių apvijų sukuriamas laukas priverčia elektronus judėti apskritimu, kurio spindulys yra atvirkščiai proporcingas magnetinio lauko stiprumui. Išeidami iš lauko, pluošto elektronai juda liestiniu būdu į pradinę trajektoriją, nukrypdami nuo lemputės geometrinės ašies.

  Šiuo atveju elektronų pluošto nukreipimas CRT su magnetiniu valdymu mažiau priklauso nuo greitėjimo įtampos vertės anode A2, nei pluošto nukreipimas CRT su elektrostatiniu valdymu. Todėl esant tam tikrai antrojo anodo įtampos vertei, magnetiniu būdu valdomas CRT suteikia didesnį elektronų pluošto nukrypimo kampą nei elektrostatiniu būdu valdomas CRT, o tai leidžia žymiai sumažinti jo dydį. Tipinė didžiausio nukreipimo kampo vertė CRT su magnetiniu valdymu yra 110°, o CRT su elektrostatiniu valdymu jis neviršija 30°.

  Atitinkamai, esant tam tikroms elektronų pluošto įlinkio vertėms, magnetiniu būdu valdomas CRT veikia su didesne antrojo anodo įtampa nei elektrostatiškai valdomas CRT, todėl galima padidinti gauto vaizdo ryškumą. Prie to, kas išdėstyta, reikėtų pridurti, kad magnetiniu būdu valdomas CRT užtikrina geresnį elektronų pluošto fokusavimą, taigi ir geriausią vaizdo kokybę, o tai lėmė platų jų naudojimą kaip kompiuterinio vaizdo rodymo įrenginius. Nagrinėjami CRT suteikia vienspalvį informacijos rodymo režimą. Šiuo metu CRT su spalvotu vaizdu tampa vis dažnesnis.

  (paveikslas žemiau) įgyvendina principą gauti spalvotus vaizdus kaip raudonos, žalios ir mėlynos spalvų vaizdų sumą.

  

  Keisdami kiekvieno iš jų santykinį ryškumą, galite pakeisti suvokiamo vaizdo spalvą. Todėl struktūriškai CRT yra trys nepriklausomi EA, kurių spinduliai yra sufokusuoti tam tikru atstumu nuo ekrano. Sijų susikirtimo plokštumoje yra spalvą skirianti kaukė - plona metalinė plokštelė su daugybe skylių, kurių skersmuo neviršija 0,25 mm. Spalvotas CRT ekranas yra nevienodas ir susideda iš daugybės liuminescencinių elementų, kurių skaičius lygus kaukės skylių skaičiui. Ląstelė sudaryta iš trijų apvalių fosforo elementų, švytinčių raudonai, žaliai arba mėlynai.

  Pavyzdžiui, spalvotame kineskope, kurio ekrano dydis yra 59 cm įstrižainė, yra kaukė su daugiau nei puse milijono skylių, o bendras liuminescencinių ekrano elementų skaičius viršija 1,5 mln.. Praėję pro kaukės skylutes elektronų pluoštai išsiskiria. Atstumas tarp kaukės ir ekrano parenkamas toks, kad, praėję pro kaukėje esančią skylutę, kiekvieno pluošto elektronai atsitrenktų į ekrano elementus, kurie šviečia tam tikra spalva. Dėl mažo ekrano šviečiančių elementų dydžio žmogaus akis negali jų atskirti net nedideliu atstumu ir suvokia bendrą visų ląstelių švytėjimą, kurio vientisos spalvos priklauso nuo elektronų pluošto intensyvumo. kiekvienas EF.

  Jei visų trijų EP moduliatoriams bus taikomos vienodos įtampos, tai ekrano šviesos elementai švytės vienodai ir gaunama spalva bus suvokiama kaip balta. Sinchroniškai keičiantis moduliatorių įtampai, pasikeičia baltos spalvos ryškumas. Todėl pritaikius vienodas įtampas moduliatoriams, galima išgauti visas ekrano švytėjimo gradacijas – nuo ​​ryškiai baltos iki juodos. Taigi spalvoti kineskopai gali atkurti nespalvotus vaizdus be iškraipymų.

  Yu.F.Opadchy, Analoginė ir skaitmeninė elektronika, 2000 m