Halvlederenheter katodestrålerør. Arbeidsprinsipp for katodestrålerør og dets anvendelse

Etter avbøyningssystemet kommer elektronene inn i CRT-skjermen. Skjermen er et tynt lag av fosfor avsatt på den indre overflaten av endedelen av ballongen og i stand til å gløde intenst når den bombarderes med elektroner.

I noen tilfeller avsettes et ledende tynt aluminiumslag over fosforlaget. Skjermegenskaper bestemmes av dens

egenskaper og innstillinger. Hovedskjermalternativene er: den første og andre kritiske skjermpotensialer, glødende lysstyrke, lyseffekt, etterglødens varighet.

skjermpotensial. Når skjermen blir bombardert av en strøm av elektroner fra overflaten, oppstår sekundær elektronemisjon. For å fjerne sekundære elektroner, er veggene til ballongrøret nær skjermen dekket med et ledende grafittlag, som er koblet til den andre anoden. Hvis dette ikke gjøres, vil sekundærelektronene, som går tilbake til skjermen, sammen med de primære, senke potensialet. I dette tilfellet skapes et decelererende elektrisk felt i rommet mellom skjermen og den andre anoden, som vil reflektere elektronene i strålen. For å eliminere det retarderende feltet fra overflaten av en ikke-ledende skjerm, er det derfor nødvendig å fjerne den elektriske ladningen som bæres av elektronstrålen. Nesten den eneste måten å kompensere for ladningen er å bruke sekundærutslipp. Når elektroner faller på skjermen, omdannes deres kinetiske energi til energien til skjermens glød, går til å varme den opp og forårsaker sekundær emisjon. Verdien av den sekundære utslippskoeffisienten o bestemmer potensialet til skjermen. Koeffisienten for sekundær elektronemisjon a \u003d / in // l (/ „ er strømmen til sekundære elektroner, / l er strømmen til strålen, eller strømmen til primære elektroner) fra skjermoverflaten i et bredt spekter av endringer i energien til primære elektroner overstiger én (fig. 12.8, Om < 1 на участке O A kurve kl V < С/ кр1 и при 15 > C/cr2).

På og < (У кр1 число уходящих-от экрана вторичных электронов меньше числа первичных, что приводит к накоплению отрицательного заряда на экране, формированию тормозящего поля для электронов луча в пространстве между вторым анодом и экраном и их отражению; свечение экрана отсутствует. Потенциал og l2\u003d Г / kr tilsvarende punkt A i fig. 12.8, ringte det første kritiske potensialet.

Ved C/a2 = £/cr1 er skjermpotensialet nær null.

Hvis stråleenergien blir større enn e£/cr1, da om > 1 og skjermen begynner å lade halv-

Ris. 12.8

i forhold til den siste anoden i rampelyset. Prosessen fortsetter til skjermpotensialet blir omtrent lik potensialet til den andre anoden. Dette betyr at antall elektroner som forlater skjermen er lik antallet innfallende. I området for stråleenergivariasjon fra e£/cr1 til C/cr2 c > 1 og skjermpotensialet er ganske nær projektoranodepotensialet. På og &2> N cr2 koeffisient for sekundær utslipp a< 1. Потенциал экрана вновь снижается, и у экрана начинает формироваться тормозящее для электронов луча поле. Потенциал og kr2 (tilsvarer punktet PÅ i fig. 12.8) kalles andre kritiske potensialet eller ultimate potensialet.

Ved energier til elektronstrålen ovenfor e11 kr2 Lysstyrken på skjermen øker ikke. For ulike skjermer G/ kr1 = = 300...500 V, og cr2= 5...40 kV.

Hvis det er nødvendig å oppnå høy lysstyrke, blir skjermpotensialet tvangsopprettholdt lik potensialet til den siste spotlight-elektroden ved bruk av et ledende belegg. Det ledende belegget er elektrisk koblet til denne elektroden.

Lyseffekt. Dette er en parameter som bestemmer forholdet mellom lysintensitet J cv, som sendes ut av fosforet normalt til skjermens overflate, til kraften til elektronstrålen P el som faller inn på skjermen:

Lyseffekt ts bestemmer effektiviteten til fosforet. Ikke all den kinetiske energien til primære elektroner omdannes til energien til synlig stråling, en del av den går til oppvarming av skjermen, sekundær emisjon av elektroner og stråling i de infrarøde og ultrafiolette områdene av spekteret. Lyseffekten måles i candela per watt: for ulike skjermer varierer den mellom 0,1 ... 15 cd / W. Ved lave elektronhastigheter oppstår luminescens i overflatelaget og en del av lyset absorberes av fosforet. Når energien til elektronene øker, øker lyseffekten. Ved svært høye hastigheter trenger imidlertid mange elektroner gjennom fosforlaget uten å produsere eksitasjon, og lyseffekten avtar.

Glødende lysstyrke. Dette er en parameter som bestemmes av intensiteten av lys som sendes ut i retning av observatøren av en kvadratmeter av en jevnt lysende overflate. Luminansen måles i cd/m 2 . Det avhenger av egenskapene til fosforet (karakterisert av koeffisienten A), strømtettheten til elektronstrålen y, potensialforskjellen mellom katoden og skjermen II og minimum skjermpotensial 11 0 , hvor skjermluminescens fortsatt observeres. Glødens lysstyrke adlyder loven

Eksponentverdier p y potensialet £/ 0 for forskjellige fosfor varierer innenfor henholdsvis 1...2,5 og

30 ... 300 V. I praksis forblir den lineære karakteren av lysstyrkens avhengighet av strømtettheten y omtrent opp til 100 μA / cm 2. Ved høye strømtettheter begynner fosforet å varmes opp og brenne ut. Den viktigste måten å øke lysstyrken på er å øke og.

Vedtak. Denne viktige parameteren er definert som egenskapen til en CRT for å reprodusere bildedetaljer. Oppløsningen er estimert ved antall separat skillebare lysende prikker eller linjer (linjer) som tilsvarer henholdsvis 1 cm 2 av overflaten eller 1 cm av skjermhøyden, eller til hele høyden av skjermens arbeidsflate. Følgelig, for å øke oppløsningen, er det nødvendig å redusere strålediameteren, dvs. en godt fokusert tynn stråle med en diameter på tideler av en mm er nødvendig. Oppløsningen er høyere, jo lavere strålestrøm og jo høyere akselerasjonsspenning. I dette tilfellet oppnås den beste fokuseringen. Oppløsningen avhenger også av kvaliteten på fosforet (store fosforkorn sprer lys) og tilstedeværelsen av glorier på grunn av total intern refleksjon i glassdelen av skjermen.

Etterglødens varighet. Tiden hvor lysstyrken til gløden synker til 1 % av maksimalverdien kalles skjermens varighetstid. Alle skjermer er delt inn i skjermer med svært korte (mindre enn 10 5 s), korte (10" 5 ... 10" 2 s), middels (10 2 ... 10 1 s), lange (10 H.Lb s. ) og veldig lang (mer enn 16 s) etterglød. Rør med kort og veldig kort etterglød er mye brukt i oscillografi, og med middels etterglød - i TV. Radarindikatorer bruker vanligvis rør med lang etterglød.

I radarrør brukes ofte langtidsholdbare skjermer med tolagsbelegg. Det første laget av fosforet - med en kort blå etterglød - begeistres av en elektronstråle, og det andre - med en gul glød og en lang etterglød - begeistres av lyset fra det første laget. I slike skjermer er det mulig å få en etterglød på opptil flere minutter.

Skjermtyper. Fargen på lyset til fosforet er veldig viktig. I oscillografisk teknologi, når du visuelt observerer skjermen, brukes en CRT med en grønn glød, noe som er minst slitsomt for øyet. Sinkortosilikat aktivert med mangan (willemitt) har denne luminescensfargen. For fotografering foretrekkes skjermer med en blå glød som er karakteristisk for kalsiumwolframat. Når de mottar TV-rør med et svart-hvitt bilde, prøver de å få en hvit farge, som fosfor fra to komponenter brukes til: blå og gul.

Følgende fosfor er også mye brukt til fremstilling av skjermbelegg: sink- og kadmiumsulfider, sink- og magnesiumsilikater, oksider og oksysulfider av sjeldne jordartsmetaller. Fosforer basert på sjeldne jordartsmetaller har en rekke fordeler: de er mer motstandsdyktige mot ulike påvirkninger enn sulfid, de er ganske effektive, de har et smalere spektralt emisjonsbånd, noe som er spesielt viktig ved produksjon av fargebilderør, der høye fargerenhet kreves osv. Som Et eksempel er den relativt mye brukte fosforen basert på yttriumoksid aktivert med europium Y 2 0 3: Eu. Denne fosforen har et smalt emisjonsbånd i det røde området av spekteret. En fosfor bestående av yttriumoksysulfid med en blanding av europium Y 2 0 3 8: Eu har også gode egenskaper, som har en maksimal strålingsintensitet i det rød-oransje området av det synlige spekteret og bedre kjemisk motstand enn Y 2 0 3: Eu fosfor.

Aluminium er kjemisk inert når det interagerer med skjermfosfor, påføres lett overflaten ved fordampning i vakuum, og reflekterer lyset godt. Ulempene med aluminiserte skjermer inkluderer det faktum at aluminiumsfilmen absorberer og sprer elektroner med energier mindre enn 6 keV, derfor synker lyseffekten kraftig i disse tilfellene. For eksempel er lyseffekten til en aluminisert skjerm ved en elektronenergi på 10 keV omtrent 60 % større enn ved 5 keV. Rørskjermer er rektangulære eller runde.

Katodestrålerør(CRT) - en elektronisk enhet i form av et rør, langstrakt (ofte med en konisk forlengelse) i retning av elektronstrålens akse, som er dannet i CRT. En CRT består av et elektron-optisk system, et avbøyningssystem og en fluorescerende skjerm eller mål. TV-reparasjon i Butovo, vennligst kontakt oss for hjelp.

CRT-klassifisering

Klassifiseringen av CRT-er er ekstremt vanskelig på grunn av deres ekstreme

om bred anvendelse innen vitenskap og teknologi og muligheten for å modifisere designet for å oppnå de tekniske parameterne som er nødvendige for implementeringen av en spesifikk teknisk idé.

Avhengighetene av CRT-elektronstrålekontrollmetoden er delt inn i:

elektrostatisk (med et elektrostatisk stråleavbøyningssystem);

elektromagnetisk (med elektromagnetisk stråleavbøyningssystem).

Avhengig av formålet med CRT er delt inn i:

elektrongrafiske rør (mottak, fjernsyn, oscilloskop, indikator, fjernsynsskilt, koding, etc.)

optisk-elektroniske konverteringsrør (sende TV-rør, elektron-optiske omformere, etc.)

katodestrålebrytere (kommutatorer);

andre CRT-er.

Elektronisk grafisk CRT

Elektronisk grafisk CRT - en gruppe katodestrålerør som brukes i forskjellige teknologiområder for å konvertere elektriske signaler til optiske (signal-til-lys-konvertering).

Elektroniske grafiske CRT-er er delt inn:

Avhengig av applikasjonen:

TV-mottak (kinescopes, CRT med ultrahøy oppløsning for spesielle TV-systemer, etc.)

mottaksoscilloskop (lavfrekvent, høyfrekvent, superhøyfrekvent, pulshøyspent, etc.)

mottaksindikator;

huske;

merker;

koding;

andre CRT-er.

Strukturen og driften av en CRT med et elektrostatisk stråleavbøyningssystem

Katodestrålerøret består av en katode (1), en anode (2), en nivelleringssylinder (3), en skjerm (4), plan (5) og høyde (6) justeringer.

Under påvirkning av foto eller termisk emisjon blir elektroner slått ut av katodemetallet (tynn lederspiral). Siden en spenning (potensialforskjell) på flere kilovolt opprettholdes mellom anoden og katoden, beveger disse elektronene seg i retning av anoden (hul sylinder). Når elektronene flyr gjennom anoden, kommer de til flyregulatorene. Hver regulator er to metallplater, motsatt ladet. Hvis venstre plate lades negativt og høyre plate positivt, vil elektronene som passerer gjennom dem avvike til høyre, og omvendt. Høydekontrollene fungerer på samme måte. Hvis en vekselstrøm påføres disse platene, vil det være mulig å kontrollere strømmen av elektroner både i horisontale og vertikale plan. På slutten av banen treffer elektronstrømmen skjermen, hvor den kan forårsake bilder.

Katodestrålerøret (CRT) er en termionisk enhet som ikke ser ut til å gå ut av bruk i nær fremtid. CRT-en brukes i et oscilloskop for å observere elektriske signaler og selvfølgelig som et kineskop i en TV-mottaker og en monitor i en datamaskin og radar.

En CRT består av tre hovedelementer: en elektronkanon, som er kilden til elektronstrålen, et stråleavbøyningssystem, som kan være elektrostatisk eller magnetisk, og en fluorescerende skjerm som sender ut synlig lys på punktet der elektronstrålen treffer. Alle de essensielle egenskapene til en CRT med elektrostatisk avbøyning er vist i fig. 3.14.

Katoden sender ut elektroner, og de flyr mot den første anoden A v som tilføres en positiv spenning på flere tusen volt i forhold til katoden. Strømmen av elektroner reguleres av et rutenett, hvor den negative spenningen bestemmes av den nødvendige lysstyrken. Elektronstrålen går gjennom hullet i midten av den første anoden og også gjennom den andre anoden, som har en litt høyere positiv spenning enn den første anoden.

Ris. 3.14. CRT med elektrostatisk avbøyning. Et forenklet diagram koblet til en CRT viser lysstyrke- og fokuskontrollene.

Hensikten med de to anodene er å skape et elektrisk felt mellom dem, med kraftlinjer buet slik at alle elektronene i strålen konvergerer på samme sted på skjermen. Potensiell forskjell mellom anoder A 1 og L 2 velges ved hjelp av fokuskontrollen på en slik måte at du får et klart fokusert punkt på skjermen. Denne utformingen av to anoder kan betraktes som en elektronisk linse. På samme måte kan en magnetisk linse lages ved å påføre et magnetfelt; i noen CRTer gjøres fokusering på denne måten. Dette prinsippet brukes også med stor effekt i elektronmikroskopet, hvor en kombinasjon av elektronlinser kan brukes til å gi svært høy forstørrelse med en oppløsning som er tusen ganger bedre enn et optisk mikroskop.

Etter anodene passerer elektronstrålen i CRT mellom avbøyningsplater, som det kan påføres spenninger for å avlede strålen i vertikal retning når det gjelder plater Y og horisontalt når det gjelder plater X. Etter avbøyningssystemet treffer strålen den selvlysende skjermen, det vil si overflaten fosfor.

Ved første øyekast har elektronene ingen steder å gå etter at de treffer skjermen, og du tror kanskje at den negative ladningen på den vil vokse. I virkeligheten skjer ikke dette, siden energien til elektronene i strålen er tilstrekkelig til å forårsake "sprut" av sekundære elektroner fra skjermen. Disse sekundære elektronene samles deretter opp av et ledende belegg på rørets vegger. Faktisk forlater vanligvis så mye ladning skjermen at et positivt potensial på flere volt i forhold til den andre anoden vises på den.

Elektrostatisk avbøyning er standard på de fleste oscilloskop, men dette er upraktisk for store TV-CRT-er. I disse rørene med sine enorme skjermer (opptil 900 mm diagonalt), for å sikre ønsket lysstyrke, er det nødvendig å akselerere elektronene i strålen til høye energier (typisk spenning for en høyspenning

Ris. 3.15. Prinsippet for drift av det magnetiske avbøyningssystemet som brukes i fjernsynsrør.

kilde 25 kV). Hvis slike rør, med sin meget store avbøyningsvinkel (110°), skulle bruke et elektrostatisk avbøyningssystem, ville det være nødvendig med for store avbøyningsspenninger. For slike bruksområder er magnetisk avbøyning standarden. På fig. 3.15 viser en typisk utforming av et magnetisk avbøyningssystem, hvor par av spoler brukes til å lage et avbøyningsfelt. Vær oppmerksom på at aksene til spolene vinkelrett retningen som avbøyningen skjer i, i motsetning til senterlinjene til platene i et elektrostatisk avbøyningssystem, som er parallelle avbøyningsretning. Denne forskjellen understreker at elektroner oppfører seg forskjellig i elektriske og magnetiske felt.

Kanskje er det ingen slik person som ikke ville ha møtt enheter i livet sitt, hvis design inkluderer et katodestrålerør (eller CRT). Nå blir slike løsninger aktivt erstattet av deres mer moderne motstykker basert på flytende krystallskjermer (LCD). Imidlertid er det en rekke områder hvor katodestrålerøret fortsatt er uunnværlig. LCD-skjermer kan for eksempel ikke brukes i høypresisjonsoscilloskoper. En ting er imidlertid klart - fremdriften til informasjonsdisplayenheter vil til slutt føre til fullstendig forlatelse av CRT. Det er et spørsmål om tid.

Utseendehistorie

Oppdageren kan betraktes som J. Plücker, som i 1859, studerte oppførselen til metaller under ulike ytre påvirkninger, oppdaget fenomenet stråling (emisjon) av elementærpartikler - elektroner. De genererte partikkelstrålene kalles katodestråler. Han trakk også oppmerksomhet til utseendet til en synlig glød av visse stoffer (fosfor) når elektronstråler treffer dem. Det moderne katodestrålerøret er i stand til å skape et bilde takket være disse to oppdagelsene.

Etter 20 år ble det eksperimentelt fastslått at bevegelsesretningen til de utsendte elektronene kan kontrolleres ved påvirkning av et eksternt magnetfelt. Dette er lett å forklare hvis vi husker at bevegelige negative ladningsbærere er preget av magnetiske og elektriske felt.

I 1895 forbedret K. F. Brown kontrollsystemet i røret og klarte derved å endre retningsvektoren til partikkelstrømmen ikke bare av feltet, men også med et spesielt speil som var i stand til å rotere, noe som åpnet for helt nye muligheter for å bruke oppfinnelsen . I 1903 plasserte Wenelt en katode-elektrode i form av en sylinder inne i røret, som gjorde det mulig å kontrollere intensiteten av den utstrålte fluksen.

I 1905 formulerte Einstein ligningene for å beregne den fotoelektriske effekten, og etter 6 år ble det demonstrert en fungerende enhet for overføring av bilder over avstander. Strålen ble kontrollert og kondensatoren var ansvarlig for lysstyrkeverdien.

Da de første CRT-modellene ble lansert, var ikke industrien klar til å lage skjermer med stor diagonal, så forstørrelsesglass ble brukt som et kompromiss.

Katodestrålerørenhet

Siden den gang har enheten blitt forbedret, men endringene er evolusjonære, siden ingenting fundamentalt nytt har blitt lagt til arbeidet.

Glasskroppen begynner med et rør med en kjegleformet forlengelse som danner en skjerm. I fargebildeapparater er den indre overflaten med en viss tonehøyde dekket med tre typer fosfor, som gir sin glødende farge når en elektronstråle treffer den. Følgelig er det tre katoder (kanoner). For å filtrere ut de ufokuserte elektronene og sikre at den ønskede strålen treffer det ønskede punktet på skjermen nøyaktig, plasseres et stålgitter - en maske - mellom katodesystemet og fosforlaget. Det kan sammenlignes med en sjablong som skjærer av alt overflødig.

Elektronutslipp starter fra overflaten av de oppvarmede katodene. De skynder seg mot anoden (elektrode, med en positiv ladning) koblet til den koniske delen av røret. Deretter fokuseres strålene av en spesiell spole og går inn i feltet til avbøyningssystemet. Når de passerer gjennom gitteret, faller de på de ønskede punktene på skjermen, og forårsaker deres transformasjon til en glød.

Datateknikk

CRT-skjermer er mye brukt i datasystemer. Enkelt design, høy pålitelighet, nøyaktig fargegjengivelse og fravær av forsinkelser (disse millisekundene med matriserespons i en LCD) er deres viktigste fordeler. Men de siste årene, som allerede nevnt, blir CRT erstattet av mer økonomiske og ergonomiske LCD-skjermer.

Påføring av katodestrålerør

Katodestrålerør brukes i oscilloskoper for å måle spenning og fasevinkler, analysere formen på en strøm- eller spenningsbølgeform osv. Disse rørene brukes i fjernsyns- og radarinstallasjoner.

katodestrålerør er av forskjellige typer. I henhold til metoden for å oppnå en elektronstråle er de delt inn i rør med en kald og oppvarmet katode. Kalde katoderør brukes relativt sjelden, siden driften krever svært høye spenninger (30-70 kV). Varme katoderør er mye brukt. Disse rørene er også delt inn i to typer i henhold til metoden for å kontrollere elektronstrålen: elektrostatisk og magnetisk. I elektrostatiske rør styres elektronstrålen av et elektrisk felt, og i magnetiske rør av et magnetfelt.

Elektrostatisk styrte katodestrålerør brukes i oscilloskop og er ekstremt forskjellige i design. Det er nok for studentene å gjøre seg kjent med prinsippet om enheten til et slikt rør som inneholder de viktigste typiske elementene. Rørtypen 13LOZ7 oppfyller disse formålene, som er presentert i tabellen med noen forenklinger.

Et katodestrålerør er en godt evakuert glassbeholder med elektroder inni. Den brede enden av røret - skjermen - er dekket med et fluorescerende stoff fra innsiden. Skjermmaterialet lyser når elektroner treffer. Kilden til elektroner er en indirekte oppvarmet katode. Katoden består av en filament 7 satt inn i et tynt porselensrør (isolator), hvorpå en sylinder 6 med et oksidbelegg av enden (katoden) er satt på, på grunn av hvilken elektroner sendes ut i bare én retning. Elektronene som sendes ut fra katoden skynder seg til anodene 4 og 3, som har et ganske høyt potensial i forhold til katoden (flere hundre volt). For å forme elektronstrålen til en stråle og fokusere den på en skjerm, går strålen gjennom en rekke elektroder. Studentene bør imidlertid ta hensyn til kun tre elektroder: modulatoren (kontrollsylinderen) 5, den første anoden 4 og den andre anoden 3. Modulatoren er en rørformet elektrode, som tilføres et negativt potensial i forhold til katoden. På grunn av dette vil elektronstrålen som går gjennom modulatoren trekkes sammen til en smal stråle (stråle) og ledes av det elektriske feltet gjennom hullet i anoden mot skjermen. Ved å heve eller senke potensialet til kontrollelektroden, kan du justere antall elektroner i strålen, dvs. intensiteten (lysstyrken) til skjermens glød. Ved hjelp av anoder skapes ikke bare et akselererende felt (elektroner akselereres), men ved å endre potensialet til en av dem er det mulig å fokusere elektronstrålen mer nøyaktig på skjermen og oppnå en større skarphet på lyset. punkt. Vanligvis utføres fokusering ved å endre potensialet til den første anoden, som kalles fokusering.

Elektronstrålen, som forlater hullet i anoden, passerer mellom to par avbøyningsplater 1,2 og treffer skjermen og får den til å gløde.

Ved å legge spenning på avbøyningsplatene, kan strålen avbøyes og lyspunktet flyttes fra midten av skjermen. Mengden og retningen på forspenningen avhenger av spenningen som påføres platene og polariteten til platene. Tabellen viser tilfellet når spenningen bare påføres de vertikale platene 2. Med den indikerte polariteten til platene skjer forskyvningen av elektronstrålen under påvirkning av kreftene til det elektriske feltet til høyre. Hvis spenning påføres de horisontale platene 1, vil strålen skifte i vertikal retning.

Den nedre delen av tabellen viser måten å kontrollere strålen ved å bruke et magnetfelt skapt av to gjensidig vinkelrette spoler (hver spole er delt inn i to seksjoner), hvis akser har vertikale og horisontale retninger. Tabellen viser tilfellet når det ikke er strøm i den horisontale spolen og den vertikale spolen gir stråleforskyvning kun i horisontal retning.

Magnetfeltet til den horisontale spolen får strålen til å skifte i vertikal retning. Den kombinerte virkningen av magnetfeltene til de to spolene sikrer bevegelsen av strålen over hele skjermen.

Magnetrør brukes i fjernsyn.