Elektronstråleapparater

Elektronstråleanordninger ( ELD ), også katoderør ( engelsk  katodestrålerør ) eller katodestrålerør ( forkortelse  - CRT ) - en klasse af elektrovakuum elektroniske enheder , der bruger en elektronstrøm dannet i form af en enkelt stråle (stråle) eller flere stråler styret både af intensiteten (strålestrømmen) og af strålens position i rummet, og disse stråler interagerer med enhedens stationære mål (skærm) [1] [2] [3] .

ELP's hovedområde er konvertering af optisk information til elektriske signaler - for eksempel i tv-transmissionsrør og omvendt konvertering af et elektrisk signal til et optisk - for eksempel til et synligt tv-billede [3] .

Klassen af ​​katodestråleanordninger omfatter heller ikke røntgenrør, der anvender elektronstråler , vakuumfotoceller , fotomultiplikatorer , gasudladningsanordninger (for eksempel dekatroner ) og modtageforstærkende elektroniske lamper ( stråletetroder , elektriske vakuumfluorescerende indikatorer, lamper med sekundær elektronemission osv.).

Historie

I 1859 opdagede J. Plücker , der undersøgte en elektrisk udladning i fordærvede gasser, katodestråler .

I 1879 fandt W. Crookes ud af, at i fravær af eksterne elektriske og magnetiske felter udbreder katodestråler sig i en lige linje, og opdagede, at de kan afbøjes af et magnetfelt . I eksperimenter med et gasudladningsrør, han skabte, opdagede han, at katodestråler , der falder på nogle krystallinske stoffer, senere kaldet katodoluminoforer , forårsager deres synlige glød.

I 1897 opdagede D. Thomson , at katodestråler afbøjes af et elektrisk felt, målte forholdet mellem ladning og masse af partikler af katodestråler. Opdagelsen af ​​elektronen som en elementarpartikel tilhører E. Wiechert [4] [5] og J. J. Thomson , som i 1897 fastslog, at forholdet mellem ladning og masse for katodestråler ikke afhænger af katodematerialet. Udtrykket "elektron" som navnet på den grundlæggende udelelige ladningsenhed i elektrokemi blev foreslået [6] af J. J. Stoney i 1894 (selve enheden for elementær ladning blev introduceret af ham i 1874).

I 1897 designede Karl F. Brown , baseret på W. Crookes-røret, det første katode- eller katodestrålerør, som han foreslog at bruge som en indikatoranordning i studiet af elektromagnetiske svingninger . Før 1906 blev katodestrålerøret kun brugt i oscilloskoper .

Siden 1902 har B. L. Rosing arbejdet med det brune rør i eksperimenter med at gengive billeder. Efter offentliggørelsen af ​​hans patenter i 1907-1911 dukkede andre forfattere op om brugen af ​​en elektronstråle til at skabe fjernsyn [7] [8] .

ELP-klassifikation

Klassificering efter formål

Transmitterende katodestråleenheder konverterer det optiske billede til et elektrisk signal.

Modtagende katodestråleenheder konverterer et elektrisk signal til et optisk (synligt) billede:

Katodestråleenheder uden et synligt billede

Ifølge metoden til fokusering og afbøjning

I henhold til metoden til fokusering og afbøjning af strålen er CRT'er opdelt i:

Enhed

Alle elektronstråleenheder består af fire hoveddele:

Modtager ELP med optisk billede

Dette er den mest omfattende og udbredte klasse af ELP- kineskoper , oscilloskoprør , forskellige indikatorer. De adskiller sig i typen af ​​skærm, metoden til afbøjning og fokusering, form, størrelse osv.

Skærm for modtagelse af ELP med optisk billede

Fluorescerende skærme

Til visuel observation af processer er skærmen på enheden fra indersiden af ​​kolben dækket med en fosfor - et stof, der kan lyse under elektronbombardement. Lysstyrken af ​​fosforens glød afhænger af elektronernes hastighed, overfladedensiteten af ​​elektronstrømmen og fosforens egenskaber.

Glød farve

Der er monokrome og flerfarvede skærme. Monokrome skærme har en vis glødfarve - grøn, blå, gul, rød eller hvid. I flerfarvede skærme afhænger glødens farve af elektronstrålernes retning eller intensitet, og farven styres elektronisk. Et velkendt eksempel på multi-farve skærme er med farve kinescopes.

Den kemiske sammensætning af fosforen bestemmer farven og varigheden af ​​skærmens glød. Til visuel observation i monokrome skærme anvendes fosfor med en grøn glødfarve, for hvilken følsomheden af ​​det menneskelige øje er maksimal. Stoffer med grøn luminescens omfatter willemit (zinksilikat), zinksulfid eller en blanding af zink og cadmiumsulfider .

Til fotograferingsprocesser anvendes fosfor, der giver en blå og violet glød, hvor følsomheden af ​​den fotografiske emulsion af fotografisk materiale er maksimal. Disse er wolframater  - barium og cadmium [14] .

Der findes skærme med to-lags fosfor, hvis lag har en anden glødfarve og efterglødetid, dette giver dig mulighed for at vælge den ønskede farve ved hjælp af lysfiltre [14] .

Skærme med en to-lags fosfor bruges også i indikatorer med en lang efterglød. Det indre lag har en blå glød og exciteres af en elektronstråle, det ydre lag, påført kolbens glas, har en lang (adskillige sekunder) gulgrøn efterglød og phosphorescerer fra excitation af det blå lys fra den første fosfor. lag.

I farvekineskoper påføres en mosaik af pletter eller striber af fosfor med forskellige glødfarver på skærmen, elektronstråler fra flere spotlights oplyser fosforet gennem en maske, der sikrer, at kun elektronstrålen fra projektoren "af sin egen farve" rammer fosforområderne.

Efterglødens varighed

Under elektronbombardement af en fosfor observeres både luminescens , det vil sige glød i stødøjeblikket, og fosforescens . Fænomenet fosforescens i en CRT kaldes "efterglød" - efter at excitationen af ​​fosforen af ​​elektronstrålen er stoppet, fortsætter den med at gløde i nogen tid med en gradvis dæmpning af glødens lysstyrke. Efterglødetiden for en fosfor er den tid, hvor lysstyrken af ​​gløden falder med en vis mængde, sædvanligvis 90 %, sammenlignet med den maksimale værdi, når den oprindeligt exciteres af en elektronstråle.

I henhold til varigheden af ​​eftergløden klassificeres fosfor i:  

  • med en meget kort efterglød, mindre end 10 −5 s;
  • med en kort efterglød, fra 10 −5 til 10 −2 s;
  • med en gennemsnitlig efterglød, fra 10 −2 til 10 −1 s;
  • med en lang efterglød, fra 10 −1 til 15 s;
  • med en meget lang efterglød - over 15 s.

Zinksilikat har en relativt kort efterglød til at observere processer, der er almindelige i radioteknik, mens zinksulfid eller zink- og cadmiumsulfid bruges til at observere langsommere processer [14] .

Skærme med en lang efterglød bruges normalt i radarindikatorer, da perioden med billedændring i radarindikatorer kan nå titusvis af sekunder eller mere og er relateret til antennesystemets rotationshastighed.

Karakteristika for nogle typer skærme er angivet i tabellen [15] .

Karakteristika for nogle typer skærme
Skærmtype Belægning glød efterglød
Farve Maksimal spektral karakteristik, nm Farve Maksimal spektral karakteristik, nm Efterglødende tid
MEN Enkeltlag, fin struktur Blå 450 — — En kort
B Enkeltlag, fin struktur hvid 460 og 570
420 og 580 		— — Kort Medium
PÅ To-lags, ru struktur hvid 440 og 560 Gul 560 lang
G Strukturløs vakuumfordampning Violet 560 (absorption) Violet 560 (absorption) Meget lang
D Enkeltlag, fin struktur Blå 440 og 520 Grøn 520 lang
E Består af to typer vekslende bånd Orange Blå 595

440 og 520

Orange Grøn 595
520 		Langvarig Langvarig
Og Enkeltlag, fin struktur Grøn 520 — — Gennemsnit
Til To-lags, ru struktur Lyserød 440 og 600 orange 600 lang
L Enkeltlag, fin struktur blålig lilla 400 — — Meget kort
M Enkeltlag, fin struktur Blå 465 — — En kort
P Enkeltlag, fin struktur Rød 630 — _ Gennemsnit
FRA Enkeltlags, finkornet struktur orange 590 orange 590 lang
T enkelt lag gullig grøn 555,5 — — Meget kort
På Finkornet, fin struktur lysegrøn 530 — — En kort
C Mosaik, prikker af tre fosfor Blå
Grøn
Rød 		450
520
640 		—
—
— 		—
—
— 		Kort
Mellem
Mellem
Andre typer skærme

Nogle stoffer, som ikke selv er luminophorer, har den egenskab at de ændrer deres optiske egenskaber under påvirkning af elektronbombardement. Specielle CRT'er ( skiatroner ) bruger scotofor som skærmmateriale . Som en scotofor i sådanne CRT'er anvendes et fint krystallinsk lag af et alkalimetalhalogenid , for eksempel kaliumchlorid  - en skærm af type G. Et lag kaliumchlorid afsættes på skærmen ved sputtering i et vakuum. Efter aflejring på substratet (væggen af ​​en CRT-cylinder eller en glimmerplade ) dannes en tynd strukturløs hvid film. På steder, der udsættes for elektronstrålen, får saltet en mørk lilla farve, der holder i mange timer. Misfarvning af den lilla farve af kaliumchlorid udføres ved at opvarme substratet til en temperatur på 300-350 °C.

I en anden type skærme bruges egenskaben af ​​en tynd oliefilm aflejret på et substrat til at deformere, når dele af dens overflade er lokalt opladet af en elektronstråle. I dette tilfælde brydes lysstrålerne fra en ekstern kilde på oliefilmens ujævnheder og afviger i forskellige retninger. Den ujævne ladning af filmoverfladen varer ved i lang tid. Udjævningen af ​​overfladeladningen og udjævningen af ​​uregelmæssigheder på grund af overfladespændingskræfterne udføres af en bred sletteelektronstråle. Sådanne skærme blev brugt i optiske projektionssystemer af eidophor -typen .

Katodestrålerør med elektrostatisk afbøjning og fokusering

CRT'er af denne type er almindeligt anvendt i elektroniske oscilloskoper og andre radiomåleinstrumenter, såsom panoramaspektrumanalysatorer .

Elektrostatisk afbøjning katodestrålerør enhed

CRT består af:

  • et elektronisk søgelys, der skaber en fokuseret elektronstråle rettet langs rørets akse;
  • afbøjningssystem;
  • fluorescerende skærm for at angive placeringen af ​​elektronstrålen.
Elektronisk spotlight

Den består af: katode (4), kontrolelektrode (3), første (5) og anden (6) anoder.

  • Katoden er designet til at skabe en strøm af elektroner. I en CRT bruges en indirekte opvarmet katode normalt i form af et glas, inden i hvilket der er en indirekte varmelegeme. Det aktive (elektronemitterende) lag er kun aflejret på bunden af ​​glasset, så katoden har en flad emitterende overflade, og elektroner udsendes kun i retning af skærmen.
  • Styreelektroden (modulator, Wehnelt cylinder ) er designet til at justere strømmen af ​​det elektroniske søgelys og dermed lysstyrken af ​​lyspunktet på skærmen (10). Elektroden er også lavet i form af en metalkop, der omgiver katoden. I bunden af ​​glasset er der en membran i form af et hul <1 mm i diameter, hvorigennem de elektroner, som katoden udsender, passerer. Da diameteren af ​​dette hul er lille, passerer elektroner, hvis baner afviger fra normalen til katodebundens plan, ikke gennem membranen og deltager ikke i stråledannelse. Strålestrømmen styres ved at påføre en lille negativ spænding til styreelektroden i forhold til katoden.
  • Den første anode er også en cylinder med to (eller tre) membraner. Styreelektrodens og den første anodes indflydelse på elektronstrålens strøm svarer til virkningen af ​​styrenettet ("første") og anoden på anodestrømmen i EEW .
  • Den anden anode ligner modulatoren og den første anode, men større i diameter end den første anode. Da den anden anode er en accelererende, påføres en højere spænding i forhold til katoden (1-20 kV). Fokuseringen af ​​elektronstrålen på skærmen opnås ved at ændre spændingerne ved den første og anden anode.
Afvisningssystem

For at flytte lyspletten hen over skærmen er der mellem den anden anode og skærmen et afbøjningssystem bestående af to par indbyrdes vinkelrette plader. Mellem pladerne med vandret afbøjning (9) skabes et elektrisk felt med en horisontalt orienteret intensitetsvektor, når spænding påføres dem, afviger strålen i vandret plan mod pladen med et højere potentiale. Hvis en periodisk skiftende spænding påføres pladerne, vil lysstrålen bevæge sig hen over skærmen i forskellige retninger og efterlade et spor på skærmen i form af en vandret linje. De lodrette afbøjningsplader (8) skaber et elektrisk felt med en vertikalt rettet styrkevektor og bevæger strålen op og ned på skærmen.

Hvis forskellige spændinger påføres samtidigt på begge par af plader, vil strålen tegne en linje på skærmen, hvis form afhænger af ændringerne i spændingerne på pladerne i afbøjningssystemet [16] .

Kinescopes

Kinescopes er designet til brug i fjernsyn og var tidligere en integreret del af ethvert fjernsyn, nu i fjernsyn er de næsten fuldstændigt erstattet af displayenheder (skærme) med andre funktionsprincipper.

Nogle ELP-producenter

Følgende er de største ELP-fremstillingsvirksomheder (i alfabetisk rækkefølge) i slutningen af ​​det 20. århundrede[ betydningen af ​​det faktum? ] [17] :

Noter

  1. ↑ 1 2 Katsnelson, 1985 , s. 23.
  2. ↑ Doolin, 1978 , s. 38.
  3. ↑ 1 2 3 Kolesnikov, 1991 , s. 637.
  4. ↑ Wiechert E. Über das Wesen der Elektrizität  (tysk)  // 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  (tysk)  // 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 opdagelsen af ​​elektronen // Spørgsmål om naturvidenskabens og teknologiens historie. - 1963. - Udgave. 15 . - S. 25-29 .
  6. ↑ Stoney GJ af 'elektronen' eller elektricitetens atom ] //  Philosophical Magazine  . Serie 5. - 1894. - Bd. 38 . - S. 418-420 .
  7. ↑ 90 år med elektronisk tv
  8. ↑ Et rør perfektioneret
  9. ↑ Katsnelson, 1985 , s. 293-295.
  10. ↑ Katsnelson, 1985 , s. 290.
  11. ↑ Katsnelson, 1985 , s. 275.
  12. ↑ Katsnelson, 1985 , s. 246.
  13. ↑ GOST 17791-82 Elektronstråleanordninger. Termer og definitioner" foreskriver brugen af ​​udtrykket "elektronisk projektor"; brugen af ​​den tilsvarende "elektronpistol" er ikke tilladt.
  14. ↑ 1 2 3 Remez, 1955 , s. femten.
  15. ↑ Katsnelson, 1985 , s. 24-25.
  16. ↑ Kalashnikov A. M., Stepuk Ya. V. Elektrovakuum- og halvlederenheder / red. Oberst-ingeniør N. P. Shiryaev. - M . : Militært Forlag, 1973. - S. 119-124. — 292 s.
  17. ↑ Kitzmiller, John W. Television Picture Tubes and Other Cathode-Ray Tubes: Industry and Trade Summary , maj 1995, s. 3-4.

Litteratur

  • Opslagsbog om elementerne i radio elektroniske enheder / red. V.N. Dulina, M.S. Zhuk. - M . : Energi, 1978.
  • Katsnelson B. V. et al. Elektrovakuum elektroniske og gasudladningsanordninger: en håndbog / B. V. Katsnelson, A. M. Kalugin, A. S. Larionov; Under total udg. A. S. Larionova. - 2. udg., revideret. og yderligere .. - M . : Radio og kommunikation, 1985. - 864 s.
  • Elektronik: Encyclopedic Dictionary / V. G. Kolesnikov (chefredaktør). - 1. udg. - M. : Sov. Encyclopedia, 1991. - S.  54 . - ISBN 5-85270-062-2 .
  • Sherstnev LG Elektronisk optik og elektronstråleenheder. - M . : Energi, 1971. - 368 s.
  • Zhigarev AA Elektronisk optik og elektronstråleenheder. - M . : Højere skole, 1972. - 540 s.
  • Lachashvili R. A., Traube L. V. Design af elektronstråleanordninger. - M . : Radio og kommunikation, 1988. - 217 s. — ISBN 5-256-00039-X .
  • Kursus for grundlæggende radiotekniske målinger / G. A. Remez. - M . : Statens forlag for litteratur om kommunikation og radio, 1955. - 448 s.
  • Kalashnikov A. M. Stepuk Ya. V.  Elektrovakuum- og halvlederenheder. - M .: Militært Forlag, 1973. - 292 s.

Links

 elektronstråleapparater
Sendere Crookes rør
Foster
huske
Elektronmikroskop
Andet
Hoveddele
Begreber