Принцип роботи електронно-променевої трубки та її застосування. Осцилографічна електронно-променева трубка

Після системи, що відхиляє електрони потрапляють на екран ЕПТ. Екран представляє тонкий шарлюмінофора, нанесеного на внутрішню поверхню торцевої частини балона і здатного інтенсивно світитися під час бомбардування електронами.

У ряді випадків поверх шару люмінофора наноситься тонкий шар алюмінію, що проводить. Властивості екрана визначаються його

характеристиками та параметрами. До основних параметрів екранів належать: першийі другий критичні потенціали екрану, яскравість свічення, світлова віддача, тривалість післясвічення.

Потенціал екрану. При бомбардуванні екрану потоком електронів із його поверхні виникає вторинна електронна емісія. Для відведення вторинних електронів стінки балона трубки поблизу екрану покриваються графітовим шаром, що проводить, який з'єднується з другим анодом. Якщо цього робити, то вторинні електрони, повертаючись на екран, разом із первинними будуть знижувати його потенціал. В цьому випадку в просторі між екраном і другим анодом створюється гальмівне електричне полещо відображатиме електрони променя. Таким чином, для усунення поля, що гальмує, від поверхні непровідного екрана необхідно відводити електричний заряд, що переноситься електронним променем. Практично єдиним шляхомКомпенсацією заряду є використання вторинної емісії. При падінні електронів на екран їх кінетична енергія перетворюється на енергію світіння екрану, йде його нагрівання і викликає вторинну емісію. Величина коефіцієнта вторинної емісії визначає потенціал екрана. Коефіцієнт вторинної емісії електронів а = / в // л (/„ - струм вторинних електронів, / л - струм променя, або струм первинних електронів) з поверхні екрану широкому діапазонізміна енергії первинних електронів перевищує одиницю (рис. 12.8, о < 1 на участке Про Акривий при V < С/ кр1 и при 15 > З/ кр2).

При і < (У кр1 число уходящих-от экрана вторичных электронов менше числапервинних, що призводить до накопичення негативного заряду на екрані, формування гальмівного поля для електронів променя у просторі між другим анодом та екраном та їх відображення; Свічення екрана відсутнє. Потенціал та л2= Г/крР, що відповідає точці А на рис. 12.8, називається першим критичним потенціалом.

При С/а2 = £/кр1 потенціал екрану наближається до нуля.

Якщо енергія пучка стає більшою за е£/ кр1 , то про > 1 і екран починає заряджатися поло-

Мал. 12.8

тельно щодо останнього анода прожектора. Процес триває доти, доки потенціал екрана стане приблизно рівним потенціалу другого анода. Це означає, що число електронів, що йдуть з екрана, дорівнює кількості падаючих. У діапазоні зміни енергії пучка від е£/кр1 до С/кр2 з > 1 і потенціал екрану досить близький до аноду прожектора. При та &2 >Н кр2 коефіцієнт вторинної емісії а< 1. Потенциал экрана вновь снижается, и у экрана начинает формироваться тормозящее для электронов луча поле. Потенциал ікр2 (відповідає точці Уна рис. 12.8) називають другим критичним потенціаломабо граничним потенціалом.

При енергіях електронного променя вище е11 кр2яскравість свічення екрана не збільшується. Для різних екранів Г/кр1 = = 300...500, та кр2= 5 ... 40 кВ.

При необхідності отримання більших яскравостей потенціал екрану за допомогою провідного покриття примусово підтримують рівним потенціалом останнього електрода прожектора. Покриття, що проводить, електрично з'єднане з цим електродом.

Світловіддача. Це параметр, який визначає відношення сили світла J cв,випромінюваного люмінофором нормально поверхні екрану, до потужності електронного променя Рел, що падає на екран:

Світловіддача ц визначає ККД люмінофора. Не вся кінетична енергія первинних електронів перетворюється на енергію видимого випромінювання, частина йде нагрівання екрану, вторинну емісію електронів і випромінювання в інфрачервоному і ультрафіолетовому діапазонах спектра. Світловіддачу вимірюють у канделах на ват: для різних екранів вона змінюється в межах 0,1...15 кд/Вт. При малих швидкостях електронів світіння виникає поверхневому шарі і частина світла поглинається люмінофором. Зі збільшенням енергії електронів світловіддача зростає. Однак при дуже великих швидкостях багато електронів пробивають шар люмінофора, не роблячи збудження, і відбувається зниження світловіддачі.

Яскравість свічення. Це параметр, який визначається силою світла, що випромінюється в напрямку спостерігача одним квадратним метром поверхні, що рівномірно світиться. Яскравість вимірюють кд/м 2 . Вона залежить від властивостей люмінофора (характеризується коефіцієнтом А), щільності струму електронного променя, різниці потенціалів між катодом і екраном IIта мінімального потенціалу екрану 11 0 при якому ще спостерігається люмінесценція екрану. Яскравість світіння підкоряється закону

Значення показника ступеня п употенціалу £/ 0 для різних люмінофорів змінюються в межах відповідно 1...2,5 та

30...300 В. На практиці лінійний характер залежності яскравості від щільності струму зберігається приблизно до 100 мкА/см 2 . При великих щільності струму люмінофор починає нагріватися та вигоряти. Основний спосіб підвищення яскравості – збільшення в.

Роздільна здатність. Цей важливий параметрвизначається як властивість ЕЛТ відтворювати деталі зображення. Роздільна здатність оцінюється числом окремо помітних точок, що світяться, або ліній (рядків), що припадають відповідно на 1 см 2 поверхні або на 1 см висоти екрану, або на всю висоту робочої поверхні екрана. Отже, для збільшення роздільної здатності необхідно зменшувати діаметр променя, т. Е. Потрібно добре сфокусований тонкий промінь діаметром в десяті частки мм. Роздільна здатність тим вища, чим менше струм променя і більше напруга, що прискорює. У цьому випадку реалізується найкраще фокусування. Роздільна здатність також залежить від якості люмінофора (великі зерна люмінофора розсіюють світло) та наявності ореолів, що виникають через повне внутрішнього відображенняу скляній частині екрану.

Тривалість післясвічення. Час, протягом якого яскравість свічення зменшується до 1% від максимального значення, називається часом післясвічення екрану. Усі екрани поділяються на екрани з дуже коротким (менше 10 5 с), коротким (10“ 5 ...10“ 2 с), середнім (10 2 ...10 1 с), тривалим (10 Ч.Лб с) та дуже тривалим (понад 16 с) післясвіченням. Трубки з коротким та дуже коротким післясвіченням широко застосовуються при осцилографуванні, а із середнім післясвіченням – у телебаченні. У індикаторах радіолокації зазвичай використовуються трубки з тривалим післясвіченням.

У радіолокаційних трубках часто застосовують екрани, що довго світяться, мають двошарове покриття. Перший шар люмінофора – з коротким післясвіченням синього кольору – збуджується електронним променем, а другий – з жовтим кольором свічення та тривалим післясвіченням – збуджується світлом першого шару. У таких екранах вдається отримати до декількох хвилин.

Типи дисплеїв. Дуже велике значеннямає колір свічення люмінофора. В осцилографічної техніці при візуальному спостереженні екрану використовуються ЕПТ із зеленим свіченням, найменш стомлюючим для ока. Такий колір свічення має ортосилікат цинку, активований марганцем (віллеміт). Для фотографування кращі екрани із синім кольором світіння, властивим вольфрамату кальцію. У приймальних телевізійних трубках із чорно-білим зображенням намагаються отримати білий колір, Для чого застосовуються люмінофори з двох компонентів: синього та жовтого.

Для виготовлення покриттів екранів широко застосовують також такі люмінофори: сульфіди цинку та кадмію, силікати цинку та магнію, оксиди та оксисульфіди рідкісноземельних елементів. Люмінофори на основі рідкісноземельних елементів мають цілу низку переваг: вони більш стійкі до різних впливів, ніж сульфідні, досить ефективні, мають більш вузьку спектральну смугу випромінювання, що особливо важливо у виробництві кольорових кінескопів, де необхідна висока чистота кольору і т.д. прикладу можна навести порівняно широко використовуваний люмінофор на основі оксиду ітрію, активованого європієм У 203: Їй. Цей люмінофор має вузьку смугу випромінювання у червоній області спектру. Хорошими характеристиками має також люмінофор, що складається з оксисульфіду ітрію з домішкою європію У 2 0 3 8: Їй, який має максимум інтенсивності випромінювання в червоно-жовтогарячій області видимої ділянки спектра і кращу хімічну стійкість, ніж У 2 0 3: Еі-люмінофор.

Алюміній хімічно інертний при взаємодії з люмінофорами екранів, легко наноситься на поверхню випаровуванням у вакуумі і добре відбиває світло. До недоліків алюмінієвих екранів можна віднести те, що алюмінієва плівка поглинає та розсіює електрони з енергією менше 6 кеВ, тому в цих випадках світловіддача різко падає. Наприклад, світловіддача алюмінієвого екрану при енергії електронів 10 кеВ приблизно на 60% більше, ніж при 5 кеВ. Екрани трубок мають прямокутну чи круглу форму.

З 1902 року з трубкою Брауна працює Борис Львович Розінг. 25 липня 1907 року він подав заявку на винахід "Спосіб електричної передачі зображень на відстані". Розгортка променя в трубці проводилася магнітними полями, а модуляція сигналу (зміна яскравості) за допомогою конденсатора, який міг відхиляти промінь по вертикалі, тим самим змінюючи число електронів, що проходять на екран через діафрагму. 9 травня 1911 року на засіданні Російського технічного товариства Розінг продемонстрував передачу телевізійних зображень простих геометричних фігурта прийом їх із відтворенням на екрані ЕЛТ.

На початку та середині XX століття значну роль у розвитку ЕПТ відіграли Володимир Зворикін, Аллен Дюмонт та інші.

Класифікація

За способом відхилення електронного променя всі ЕЛТ діляться на дві групи: з електромагнітним відхиленням (індикаторні ЕЛТ та кінескопи) і з електростатичним відхиленням (осцилографічні ЕЛТ і дуже невелика частина індикаторних ЕЛТ).

За здатністю зберігати записане зображення ЕПТ ділять на трубки без пам'яті, і трубки з пам'яттю (індикаторні та осцилографічні), в конструкції яких передбачені спеціальні елементи(вузли) пам'яті, за допомогою яких один раз записане зображення може багаторазово відтворюватися.

За кольором світіння екрану ЕПТ поділяються на монохромні та багатобарвні. Монохромні можуть мати різний колірсвітіння: білий, зелений, синій, червоний та інші. Багатокольорові підрозділяються за принципом на двоколірні і триколірні. Двоколірні - індикаторні ЕЛТ, колір світіння екрану яких змінюється або за рахунок перемикання високої напруги, або за рахунок зміни щільності струму електронного променя. Триколірні (за основними кольорами) - кольорові кінескопи, багатобарвність свічення екрану яких забезпечується спеціальними конструкціями електронно-оптичної системи, кольороділильної маски та екрану.

Осцилографічні ЕПТ поділяють на трубки низькочастотного та НВЧ діапазонів. У конструкціях останніх застосована досить складна системавідхилення електронного променя

Кінескопи поділяють на телевізійні, моніторні та проекційні (застосовуються у відеопроекторах). Моніторні кінескопи мають менший крок маски, ніж телевізійні, а проєційні кінескопи мають підвищену яскравість екрана. Вони є монохромними та мають червоний, зелений та синій колір світіння екрану.

Пристрій та принцип роботи

Загальні принципи

Влаштування чорно-білого кінескопа

У балоні 9 створено глибокий вакуум - спочатку викачується повітря, потім усі металеві деталі кінескопа нагріваються індуктором для виділення поглинених газів, для поступового поглинання залишків повітря використовується геттер.

Для того, щоб створити електронний промінь 2 , застосовується пристрій, що називається електронною гарматою. Катод 8 , що нагрівається ниткою розжарення 5 випускає електрони. Щоб збільшити випромінювання електронів, катод покривають речовиною, що має малу роботу виходу (найбільші виробники ЕЛТ для цього застосовують власні запатентовані технології). Зміною напруги на керуючому електроді ( модульаторі) 12 можна змінювати інтенсивність електронного променя і, відповідно, яскравість зображення (також є моделі з керуванням по катоду). Крім керуючого електрода, гармата сучасних ЕПТ містить фокусуючий електрод (до 1961 року у вітчизняних кінескопах застосовувалося електромагнітне фокусування за допомогою котушки, що фокусує). 3 із сердечником 11 ), призначений для фокусування плями на екрані кінескопа в точку, що прискорює електрод додаткового розгону електронів в межах гармати і анод. Залишивши гармату, електрони прискорюються анодом. 14 , що представляє собою металізоване покриття внутрішньої поверхніконуса кінескопа, з'єднаний з однойменним електродом гармати. У кольорових кінескопах із внутрішнім електростатичним екраном його з'єднують з анодом. У ряді кінескопів ранніх моделей, таких як 43ЛК3Б, конус був виконаний з металу і представляв анод сам собою. Напруга на аноді знаходиться в межах від 7 до 30 кіловольт. У ряді малогабаритних осцилографічних ЕПТ анод є лише одним з електродів електронної гармати і живиться напругою до декількох сотень вольт.

Далі промінь проходить через систему, що відхиляє 1 , яка може змінювати напрямок променя (на малюнку показана магнітна система, що відхиляє). У телевізійних ЕПТ застосовується магнітна система, що відхиляє як забезпечує великі кути відхилення. В осцилографічних ЕЛТ застосовується електростатична система, що відхиляє як забезпечує більшу швидкодію.

Електронний промінь потрапляє на екран 10 , покритий люмінофором 4 . Від бомбардування електронами люмінофор світиться і пляма змінної яскравості, що швидко переміщається, створює на екрані зображення.

Люмінофор від електронів набуває негативного заряду, і починається вторинна емісія - люмінофор сам починає випускати електрони. В результаті вся трубка набуває негативного заряду. Для того, щоб цього не було, по всій поверхні трубки знаходиться з'єднаний з анодом шар аквадага - провідної суміші на основі графіту ( 6 ).

Кінескоп підключається через висновки 13 та високовольтне гніздо 7 .

У чорно-білих телевізорах склад люмінофора підбирають таким, щоб він світився нейтрально-сірим кольором. У відеотерміналах, радарах і т. д. люмінофор часто роблять жовтим або зеленим для меншої втоми очей.

Кут відхилення променя

Кутом відхилення променя ЕПТ називається максимальний кут між двома можливими положеннями електронного променя всередині колби, при яких на екрані ще видно пляму, що світиться. Від величини кута залежить відношення діагоналі (діаметра) екрана до довжини ЕЛТ. У осцилографічних ЕПТ становить як правило до 40°, що пов'язано з необхідністю підвищити чутливість променя до впливу пластин, що відхиляють, і забезпечити лінійність характеристики відхилення. У перших радянських телевізійних кінескопів з круглим екраном кут відхилення становив 50 °, у чорно-білих кінескопів пізніших випусків дорівнював 70 °, починаючи з 1960-х років збільшився до 110 ° (один з перших подібних кінескопів - 43). У вітчизняних кольорових кінескопів 90°.

При збільшенні кута відхилення променя зменшуються габарити та маса кінескопа, однак:

збільшується потужність, що споживається вузлами розгортки. Для вирішення цієї проблеми зменшувався діаметр горловини кінескопа, що вимагало зміни конструкції електронної гармати.
зростають вимоги до точності виготовлення та складання відхиляючої системи, що було реалізовано шляхом компонування кінескопа з відхиляючою системою в єдиний модуль та складання його в заводських умовах.
зростає кількість необхідних елементів налаштування геометрії растру та відомості.

Все це призвело до того, що в деяких областях досі використовуються 70-градусні кінескопи. Також кут 70° продовжує застосовуватися в малогабаритних чорно-білих кінескопах (наприклад, 16ЛК1Б), де довжина не відіграє такої істотної ролі.

Іонна пастка

Так як усередині ЕЛТ неможливо створити ідеальний вакуум, всередині залишається частина молекул повітря. При зіткненні з електронами з них утворюються іони, які, маючи масу, що багато разів перевищує масу електронів, практично не відхиляються, поступово випалюючи люмінофор в центрі екрана і утворюючи так звану іонну пляму. Для боротьби з цим до середини 1960-х років застосовувався принцип «іонної пастки»: вісь електронної гармати була розташована під деяким кутом до осі кінескопа, а зовні регульований магніт забезпечував поле, що повертає потік електронів до осі. Масивні ж іони, рухаючись прямолінійно, потрапляли у пастку.

Однак ця побудова змушувала збільшувати діаметр горловини кінескопа, що призводило до зростання необхідної потужності в котушках системи, що відхиляє.

На початку 1960-х років було розроблено новий спосіб захисту люмінофора: алюмінування екрану, крім того, що дозволило вдвічі підвищити максимальну яскравість кінескопа, і потреба в іонній пастці відпала.

Затримка подачі напруги на анод чи модулятор

У телевізорі, мала розгортка якого виконана на лампах, напруга на аноді кінескопа з'являється тільки після прогріву вихідної лампи малої розгортки і демпферного діода. Напруження кінескопа до цього моменту встигає розігрітися.

Впровадження у вузли малої розгортки повністю напівпровідникової схемотехніки породило проблему прискореного зносу катодів кінескопа через подачу напруги на анод кінескопа одночасно з включенням. Для боротьби з цим явищем розроблені аматорські вузли, що забезпечують затримку подачі напруги на анод чи модулятор кінескопа. Цікаво, що в деяких з них, незважаючи на те, що вони призначені для установки повністю напівпровідникові телевізори, як елемент затримки використана радіолампа. Пізніше почали випускатися телевізори промислового виробництва, у яких така затримка передбачена спочатку.

Розгортка

Щоб створити зображення на екрані, електронний промінь повинен постійно проходити по екрану з високою частотою - не менше 25 разів на секунду. Цей процес називається розгорткою. Є кілька способів розгортання зображення.

Растрова розгортка

Електронний промінь проходить весь екран рядками. Можливі два варіанти:

1-2-3-4-5-… (рядкова розгортка);
1-3-5-7-…, потім 2-4-6-8-… (черезрядкова розгортка).

Векторна розгортка

Електронний промінь проходить вздовж ліній зображення. Векторна розгортка застосовувалася в ігровій консолі Vectrex.

Розгортка на екрані радара

У разі використання екрана кругового огляду, т.з. тайпотрон, електронний промінь проходить по радіусах екрану (екран при цьому має форму кола). Службова інформація в більшості випадків (цифри, літери, топографічні знаки) додатково розгортається крізь знакову матрицю (перебуває в електронно-променевій гарматі).

Кольорові кінескопи

Влаштування кольорового кінескопа. 1-Електронні гармати. 2 – Електронні промені. 3 - Фокусуюча котушка. 4 - Котушки, що відхиляють. 5 – Анод. 6 - Маска, завдяки якій червоний промінь потрапляє на червоний люмінофор, і т. д. 7 - Червоні, зелені та сині зерна люмінофора. 8 - Маска та зерна люмінофора (збільшено).

Кольоровий кінескоп відрізняється від чорно-білого тим, що в ньому три гармати – «червона», «зелена» та «синя» ( 1 ). Відповідно, на екран 7 нанесені в деякому порядку три види люмінофора - червоний, зелений та синій ( 8 ).

Залежно від типу застосованої маски, гармати у горловині кінескопа розташовані дельтаподібно (у кутах рівностороннього трикутника) чи планарно (однієї лінії). Деякі однойменні електроди різних електронних гармат з'єднані провідниками усередині кінескопа. Це прискорюючі електроди, фокусуючі електроди, підігрівачі (з'єднані паралельно) і часто модулятори. Такий захід необхідний економії кількості висновків кінескопа, зважаючи на органічні розміри його горловини.

На червоний люмінофор потрапляє лише промінь від червоної гармати, на зелений - тільки від зеленої, і т. д. Це досягається тим, що між гарматами та екраном встановлено металеві грати, іменована маскою (6 ). У сучасних кінескопах маска виконана з інвару – сорти сталі з невеликим коефіцієнтом температурного розширення.

Типи масок

Існує два типи масок:

Серед цих масок немає явного лідера: тіньова забезпечує висока якістьліній, апертурна дає більше насичені кольорита високий ККД. Щілинна поєднує переваги тіньової та апертурної, але схильна до муарів.

Чим менші елементи люмінофора, тим більша якість зображення здатна дати трубка. Показником якості зображення є крок маски.

Для тіньової грати крок маски - відстань між двома найближчими отворами маски (відповідно, відстань між двома найближчими елементами люмінофора одного кольору).
Для апертурних і щілинних грат крок маски визначається як відстань по горизонталі між щілинами маски (відповідно, горизонтальна відстань між вертикальними смугами люмінофора одного кольору).

У сучасних моніторних ЕЛТ крок маски знаходиться на рівні 0,25 мм. Телевізійні кінескопи, перегляд зображення на яких здійснюється з більшої відстані, використовують кроки близько 0,8 мм.

Зведення променів

Так як радіус кривизни екрану набагато більше відстані від нього до електронно-оптичної системи аж до нескінченності в плоских кінескопах, а без застосування спеціальних заходів точка перетину променів кольорового кінескопа знаходиться на постійній відстані від електронних гармат, необхідно домогтися того, щоб ця точка знаходилася точно на поверхні тіньової маски, інакше утворюється розміщення трьох колірних складових зображення, що збільшується від центру екрана до країв. Щоб цього не відбувалося, необхідно належним чином змістити електронні промені. У кінескопах з дельтаподібним розташуванням гармат це робиться спеціальною електромагнітною системою, що керується окремо пристроєм, який у старих телевізорах був винесений в окремий блок - блок відомості - для періодичних регулювань. У кінескопах з планарним розташуванням гармат регулювання проводиться за допомогою спеціальних магнітів, що розташовані на горловині кінескопа. Згодом, особливо у кінескопів з дельтаподібним розташуванням електронних гармат, зведення порушується і потребує додаткового регулювання. Більшість компаній з ремонту комп'ютерів пропонують послугу повторного зведення променів монітора.

Розмагнічування

Необхідно в кольорових кінескопах для зняття залишкової або випадкової намагніченості тіньової маски та електростатичного екрану, що впливає на якість зображення.

Розмагнічування відбувається завдяки виникненню в так званій петлі розмагнічування - кільцеподібної гнучкої котушки великого діаметра, розташованої на поверхні кінескопа - імпульсу швидкозмінного загасаючого магнітного поля. Для того, щоб цей струм після включення телевізора поступово зменшувався, використовуються терморезистори. Багато моніторів додатково до терморезистори містять реле , яке після закінчення процесу розмагнічування кінескопа відключає живлення цього ланцюга, щоб терморезистор охолонув. Після цього можна спеціальною клавішею, або, частіше, особливою командою в меню монітора, викликати спрацювання цього реле і провести повторне розмагнічування будь-якої миті, не вдаючись до відключення та вмикання живлення монітора.

Тринескоп

Тринескоп називається конструкція, що складається з трьох чорно-білих кінескопів, світлофільтрів і напівпрозорих дзеркал (або дихроічных дзеркал, що поєднують функції напівпрозорих дзеркал і фільтрів), яка використовується для отримання кольорового зображення.

Застосування

Кінескопи використовуються в системах растрового формування зображення: різноманітних телевізорах, моніторах, відеосистемах.

Осцилографічні ЕПТ найбільш часто використовуються в системах відображення функціональних залежностей: осцилографах, вобулоскопах, також як пристрій відображення на станціях радіолокації, в пристроях спеціального призначення; у радянські роки використовувалися і як наочних посібниківщодо пристрою електронно-променевих приладів загалом.

Знакодрукуючі ЕЛТ використовуються в різній апаратурі спеціального призначення.

Позначення та маркування

Позначення вітчизняних ЕПТ складається з чотирьох елементів:

Перший елемент: число, що вказує діагональ прямокутного чи діаметр круглого екрана сантиметрах;
Другий елемент: дві літери, що вказують на приналежність ЕПТ до певного конструктивного вигляду. ЛК - кінескоп, ЛМ - трубка з електромагнітним відхиленням променя, ЛВ - трубка з електростатичним відхиленням променя, ЛН - трубки з пам'яттю (індикаторні та осцилографічні);
Третій елемент: число, яке вказує номер моделі даної трубки з даною діагоналлю, при цьому для осцилографічних трубок НВЧ-діапазону нумерація починається з номера 101;
Четвертий елемент: літера, яка вказує колір екрану світла. Ц - кольоровий, Б - білого свічення, І - зеленого свічення, В - жовто-зеленого свічення, С - помаранчевого свічення, П - червоного свічення, А - синього свічення. Х - позначає екземпляр, що має найгірші світлотехнічні параметри порівняно з прототипом.

В особливих випадках до позначення може бути доданий п'ятий елемент, що несе додаткову інформацію.

Приклад: 50ЛК2Б – чорно-білий кінескоп з діагоналлю екрану 50 см, друга модель, 3ЛО1І – осцилографічна трубка з діаметром екрану зеленого світіння 3 см, перша модель.

Вплив на здоров'я

Електромагнітне випромінювання

Це випромінювання створюється не самим кінескопом, а системою, що відхиляє. Трубки з електростатичним відхиленням, зокрема осцилографічні, його не випромінюють.

У моніторних кінескопах для придушення цього випромінювання систему, що відхиляє, часто закривають феритовими чашками. Телевізійні кінескопи такого екранування не вимагають, оскільки глядач зазвичай сидить значно більшій відстані від телевізора, ніж від монітора.

Іонізуюче випромінювання

У кінескопах є іонізуюче випромінювання двох видів.

Перше - це сам електронний промінь, що є, по суті, потік бета-частинок низької енергії (25 кЕв). Зовні це випромінювання не виходить, і небезпеки для користувача не становить.

Друге - гальмівне рентгенівське випромінювання, що виникає під час бомбардування екрану електронами. Для ослаблення виходу цього випромінювання назовні до повністю безпечних величин скло легують свинцем (див. нижче). Однак, у випадку несправності телевізора або монітора, що призводить до значного підвищення анодної напруги, рівень цього випромінювання може збільшитись до помітних величин. Для запобігання таким ситуаціям блоки малої розгортки обладнають вузлами захисту.

У вітчизняних та зарубіжних телевізорах кольорового зображення, випущених до середини 1970-х років, можуть зустрічатися додаткові джерела рентгенівського випромінювання - стабілізуючі тріоди, що підключаються паралельно до кінескопу, і службовці для стабілізації анодної напруги, а значить, і розмірів зображення. У телевізорах «Райдуга-5» та «Рубін-401-1» використовуються тріоди 6С20С, у ранніх моделях УЛПЦТ – ГП-5. Оскільки скло балона такого тріода значно тонше, ніж у кінескопа, і не леговане свинцем, він є значно інтенсивнішим джерелом рентгенівського випромінювання, ніж сам кінескоп, тому його поміщають у спеціальний сталевий екран. У пізніших моделях телевізорів УЛПЦТ використовуються інші методи стабілізації високої напруги, і джерело рентгенівського випромінювання виключено.

Мерехтіння

Монітор Mitsubishi Diamond Pro 750SB (1024x768, 100 Гц) знятий з витримкою 1/1000 с. Яскравість штучно завищена; показана реальна яскравість зображення у різних точках екрана.

Промінь ЕПТ-монітора, формуючи зображення на екрані, змушує світитися частинки люмінофора. До моменту формування наступного кадру ці частинки встигають згаснути, тому можна спостерігати «миготіння екрану». Чим вище частота зміни кадрів, тим менш помітне мерехтіння. Низька частота веде до втоми очей та завдає шкоди здоров'ю.

У більшості телевізорів на базі електронно-променевої трубки щомиті змінюється 25 кадрів, що з урахуванням надрядкової розгортки становить 50 полів (півкадрів) на секунду (Гц). У сучасних моделяхтелевізорів ця частота штучно завищується до 100 герц. При роботі за екраном монітора мерехтіння відчувається сильніше, тому що при цьому відстань від очей до кінескопа набагато менша, ніж при перегляді телевізора. Мінімальною рекомендованою частотою оновлення монітора є частота 85 герц. Ранні моделі моніторів не дозволяють працювати з частотою розгортки понад 70-75 Гц. Мерехтіння ЕЛТ явно можна спостерігати бічним зором.

Нечітке зображення

Зображення на електронно-променевій трубці розмите в порівнянні з іншими видами екранів. Вважається, що розмите зображення – один із факторів, що сприяють втомі очей у користувача. З іншого боку, при використанні якісних моніторів, розмиття не чинить сильного впливуна здоров'я людини, а сам ефект розмиття дозволяє не використовувати згладжування екранних шрифтів на моніторі, що відображається як сприйняття картинки, відсутні спотворення шрифтів, властиві РК-моніторам.

Висока напруга

У роботі ЕЛТ застосовується висока напруга. Залишкова напруга в сотні вольт, якщо не вживати жодних заходів, може затримуватись на ЕПТ та схемах «обв'язування» тижнями. Тому в схеми додають резистори, що розряджають, які роблять телевізор цілком безпечним вже через кілька хвилин після вимкнення.

Всупереч поширеній думці, напругою анода ЕПТ не можна вбити людину через невелику потужність перетворювача напруги - буде лише відчутний удар. Однак і він може виявитися смертельним за наявності у людини пороків серця. Він може також призводити до травм, включаючи, летальні, непрямим чином, коли, відсмикнувши руку, людина стосується інших ланцюгів телевізора та монітора, що містять надзвичайно небезпечні для життя напруги – а такі ланцюги присутні у всіх моделях телевізорів та моніторів, які використовують ЕПТ, а також включаючи суто механічні травми, пов'язані з раптовим безконтрольним падінням, спричиненим електричною судомою.

Отруйні речовини

Будь-яка електроніка (у тому числі ЕПТ) містить речовини, шкідливі для здоров'я та довкілля. Серед них: з'єднання барію в катодах, люмінофори.

Використані ЕПТ у більшості країн вважаються небезпечним сміттям та підлягають вторинній переробці чи похованню на окремих полігонах.

Вибух ЕЛТ

Оскільки всередині ЕПТ вакуум, за рахунок тиску повітря на один екран 17-дюймового монітора припадає навантаження близько 800 кг - вага мікролітражного легкового автомобіля. Через особливості конструкції тиск на екран та конус ЕПТ є позитивним, а на бічну частину екрана - негативним, що викликає небезпеку вибуху. Працюючи з ранніми моделями кінескопів правила техніки безпеки вимагали використання захисних рукавиць, маски та окулярів. Перед екраном кінескопа у телевізорі встановлювався скляний захисний екран, а по краях – металева захисна маска.

Починаючи з другої половини 1960-х років небезпечна частина кінескопа прикривається спеціальним металевим вибухозахисним бандажом, виконаним у вигляді суцільнометалевої штампованої конструкції або намотаної в кілька шарів стрічки. Такий бандаж унеможливлює мимовільний вибух. У деяких моделях кінескопів додатково використовувалась захисна плівка, що покриває екран.

Незважаючи на застосування захисних систем, не виключається поразка людей уламками при умисному розбиванні кінескопа У зв'язку з цим при знищенні останнього для безпеки попередньо розбивають штенгель - технологічну скляну трубку в торці горловини під пластмасовим цоколем, через яку при виробництві здійснюється відкачування повітря.

Малогабаритні ЕПТ та кінескопи з діаметром або діагоналлю екрана до 15 см небезпеки не становлять і вибухозахисними пристроями не оснащуються.

Інші види електронно-променевих приладів

Крім кінескопа, до електронно-променевих приладів відносять:

Квантоскоп (лазерний кінескоп), різновид кінескопа, екран якого є матрицею напівпровідникових лазерів, що накачуються електронним променем. Квантоскопи використовуються у проекторах зображення.
Знакодрукуюча електронно-променева трубка.
Індикаторна електронно-променева трубка використовується в індикаторах радіолокаційних станцій.
Запам'ятовує електронно-променева трубка.
- Графекон
Телевізійна трубка, що передає, перетворює світлові зображення в електричні сигнали.
Моноскоп передає електронно-променева трубка, що перетворює єдине зображення, виконане безпосередньо на фотокатоді, електричний сигнал. Застосовувався передачі зображення телевізійної випробувальної таблиці (наприклад, ТИТ-0249).
Кадроскоп електронно-променева трубка з видимим зображенням, призначена для налаштування блоків розгорток та фокусування променя в апаратурі, що використовує електронно-променеві трубки без видимого зображення (графекон, моноскоп, потенціалоскоп). Кадроскоп має цоколівку та прив'язувальні розміри, аналогічні електронно-променевій трубці, що використовується в апаратурі. Більш того, основна ЕПТ і кадроскоп підбираються за параметрами з дуже високою точністюта постачаються лише комплектом. Під час налаштування замість основної трубки підключають кадроскоп.

Див. також

Примітки

Література

Д. Діамантів, Ф. Ігнатов, В. Водичко. Однопроменевий кольоровий кінескоп – хромоскоп 25ЛК1Ц. Радіо № 9, 1976. С. 32, 33.

Посилання

С. В. Новаковський. 90 років електронному телебаченню // Електрозв'язок № 6, 1997
П. Соколов. Монітори // iXBT, 1999
Mary Bellis. History of the Cathode Ray Tube // About:Inventors
Євген Козловський. Старий друг краще «Комп'ютерра» № 692, 27 червня 2007
Мухін І. А. Як вибрати ЕПТ-монітор Комп'ютер-бізнес-маркет № 49 (286), листопад-грудень 2004. С. 366-371

Пасивні твердотільні	Резистор · Змінний резистор · Підстроювальний резистор · Варистор · Конденсатор · Індуктивність · Кварцовий резонатор· Запобіжник · Запобіжник, що самовідновлюється· Трансформатор
Активні твердотільні	Діод· Світлодіод · Фотодіод · Напівпровідниковий лазер · Діод Шоттки· Стабілітрон · Стабістор · Варікап · Варіконд ·

Осцилографічна електронно-променева трубкапризначений для відображення на люмінесцентному екрані електричних сигналів. Зображення на екрані служить не тільки для візуальної оцінки форми сигналу, але і для вимірювання параметрів, а в деяких випадках - для фіксації його на фотоплівку.

Енциклопедичний YouTube

1 / 5
Осцилографічна ЕПТ являє собою вакуумовану скляну колбу, всередині якої знаходяться електронна гармата, що відхиляє система і люмінесцентний екран. Електронна гармата призначена для формування вузького пучка електронів та його фокусування на екран. Електрони випускаються катодом непрямого розжарення з підігрівачем за рахунок явища термоелектронної емісії. Інтенсивність електронного пучка і отже яскравість плями на екрані регулюється негативним щодо катода напругою на електроді, що управляє. Перший анод служить для фокусування, другий прискорення електронів. Керуючий електрод і система анодів утворюють фокусуючу систему.
Система, що відхиляє, складається з двох пар пластин, розташованих горизонтально і вертикально. До горизонтальних пластин, які називаються пластинами вертикального відхилення, прикладається напруга, що досліджується. До вертикальних пластин, які називаються пластинами горизонтального відхилення, прикладається пилкоподібна напруга від генератора розгортки. Під впливом електричного поля, що утворюється, електрони, що летять, відхиляються від своєї первісної траєкторії пропорційно доданій напрузі. Пляма, що світиться, на екрані ЕПТ малює форму досліджуваного сигналу. Завдяки пилкоподібному напрузі пляма рухається по екрану зліва направо.
Якщо на вертикальні та горизонтальні відхиляючі пластини подати два різні сигнали, то на екрані можна спостерігати фігури Лісажу .
На екрані ЕПТ можна спостерігати різні функціональні залежності, наприклад вольт-амперну характеристику двополюсника , якщо подати на пластини горизонтального відхилення сигнал, пропорційний прикладеному до нього змінному напрузі, а на пластини вертикального відхилення - сигнал, пропорційний струму, що протікає через нього.
В осцилографічних ЕПТ застосовується електростатичне відхилення променя, тому що досліджувані сигнали можуть мати довільну форму і широкий частотний спектр, і застосування в цих умовах електромагнітного відхилення неможливе через залежність імпедансу котушок, що відхиляють від частоти.

Трубки "низькочастотного" діапазону (до 100 МГц)

Електростатична система відхилення таких трубок складається з двох пар пластин, що відхиляють, вертикального і горизонтального відхилення, що знаходяться всередині ЕЛТ.
При спостереженні сигналів, що мають частотний спектр менше 100 МГц, можна знехтувати часом прольоту електронів крізь систему, що відхиляє. Час прольоту електронів оцінюється формулою:
t ≈ l m 2 e U a (\displaystyle t\approx l(\sqrt (\frac (m)(2eU_(a)))))
де e (\displaystyle e)і m (\displaystyle m)- відповідно заряд та маса електрона, l (\displaystyle l)- Довжина пластин, U a (\displaystyle U_(a))- Напруга анода.
Відхилення променя Δ (\displaystyle \Delta )у площині екрана пропорційно доданій до пластин напруги U O T (\displaystyle U_(OT))(вважаючи, що за час прольоту електронів у полі відхиляючих пластин напруга на пластинах залишається постійною):
Δ = U O T l D 2 U a d (\displaystyle \Delta =(\frac (U_(OT)lD)(2U_(a)d)))
де D (\displaystyle D)- Відстань від центру відхилення пластин до екрану, d (\displaystyle d)- Відстань між пластинами.
В ЕПТ, що використовуються для спостереження рідко повторюваних і одноразових сигналів, застосовуються люмінофори з тривалим часомпіслясвічення.

Трубки діапазону понад 100 МГц

Для швидко змінюються сигналів синусоїдальної форми чутливість до відхилення починає зменшуватися, а при наближенні періоду синусоїди до часу прольоту чутливість відхилення падає до нуля. Зокрема, при спостереженні імпульсних сигналів, що мають широкий спектр (період верхньої гармоніки дорівнює або перевищує час прольоту), цей ефект призводить до спотворення форми сигналу через різну чутливість відхилення до різних гармоніків. Збільшенням анодної напруги або зменшенням довжини пластин можна скоротити час прольоту та зменшити ці спотворення, але при цьому падає чутливість до відхилення. Тому для осцилографування сигналів, частотний спектр яких перевищує 100 МГц, відхиляючі системи робляться у вигляді лінії хвилі, що біжить, зазвичай спірального типу. Сигнал подається на початок спіралі та вигляді електромагнітної хвилірухається вздовж осі системи з фазовою швидкістю v f (\displaystyle v_(f)):
v f = c h c l c (\displaystyle v_(f)=(\frac (ch_(c))(l_(c))))
де c (\displaystyle c) - швидкість світла, h c (\displaystyle h_(c))- крок спіралі, l c (\displaystyle l_(c))- Довжина витка спіралі. Через війну можна виключити вплив часу прольоту, якщо вибрати швидкість прольоту електронів рівної фазової швидкості хвилі у бік осі системи.
Для зменшення втрат потужності сигналу висновки системи, що відхиляє таких ЕПТ, робляться коаксіальними. Геометрія коаксіальних вводів підбирається так, щоб їх хвильовий опір відповідав хвильовому опору спіральної відхиляючої системи.

Трубки із післяприскоренням

Для збільшення чутливості до відхилення треба мати невисоку анодну напругу, проте це призводить до зменшення яскравості зображення через зниження швидкості електронів. Тому в осцилографічних ЕЛТ застосовують систему післяприскорення. Вона являє собою систему електродів, розташовану між системою, що відхиляє, і екраном, у вигляді струмопровідного покриття, нанесеного на внутрішню поверхню корпусу ЕПТ.

Трубки з підсилювачем яскравості

У широкосмугових ЕПТ, що працюють у діапазоні кілька ГГц, для збільшення яскравості без втрати чутливості застосовують підсилювачі яскравості. Підсилювач яскравості є мікроканальною пластиною, розташованою всередині ЕПТ перед люмінесцентним екраном. Пластина виготовлена із спеціального напівпровідного скла з високим коефіцієнтом вторинної емісії. Електрони пучка, потрапляючи в канали (діаметр яких набагато менше їх довжини) вибивають з його стін вторинні електрони. Вони прискорюються полем, що створюється металевим покриттям на торцях пластини і, потрапляючи на стінки каналу, вибивають нові електрони. Загальний коефіцієнт посилення мікроканального підсилювача може становити 105...106. Однак, через накопичення зарядів на стінках каналів, мікроканальний підсилювач ефективний тільки для імпульсів наносекундного діапазону, одноразових або наступних з малою частотою повторення.

Шкала

Для вимірювання параметрів сигналу, що відтворюється на екрані ЕЛТ, відлік повинен проводитись за шкалою з діленнями. При нанесенні шкали на зовнішню поверхню екрана ЕЛТ, точність вимірювань знижується через паралаксу, викликаного товщиною екрану. Тому в сучасних ЕПТ шкала робиться безпосередньо на внутрішній поверхні екрана, тобто практично поєднується із зображенням сигналу.

Трубки для фотографічної реєстрації

Для підвищення якості контактного фотографування сигналу екран робиться у вигляді скловолоконного диска. Це рішення дозволяє переносити зображення з внутрішньої поверхні на зовнішню із збереженням його чіткості. Розпливання зображення обмежується діаметром скловолоконних ниток, який зазвичай не перевищує 20 мкм. В ЕПТ, призначених для фотореєстрації, застосовуються люмінофори, спектр випромінювання яких узгоджений зі спектральною чутливістю фотоплівки.

Література
- Вуколов Н. І., Гербін А. І., Котовщиков Г. С.Прийомні електронно-променеві трубки: Довідник. - М.: Радіо та зв'язок, 1993. - 576 с. - ISBN 5-256-00694-0.
- Жигарьов А. А., Шамаєва Г. Т.Електронно-променеві та фотоелектронні прилади: Підручник для вузів. - М.: вища школа, 1982. – 463 с., іл.
В електронно-променевій трубці (ЕЛТ) для відтворення зображення на люмінесцентному екрані використовується пучок електронів, які отримують з нагрітого катода. Катод виготовляють оксидним, з непрямим розжаренням, у вигляді циліндра з підігрівачем. Оксидний шар нанесений на денце катода. Навколо катода розташовується електрод, що керує, званий модулятором, циліндричної формиз отвором у денці. Цей електрод служить для керування щільністю електронного потоку та для попереднього його фокусування. На модулятор подається негативна напруга кілька десятків вольт. Чим ця напруга більша, тим більше електронів повертається на катод. Інші електроди, також циліндричної форми, є анодами. В ЕЛТ їх щонайменше два. На другому аноді напруга буває від 500 до декількох кіловольт (порядку 20 кВ), а на першому аноді напруга в кілька разів менше. Усередині анодів є перегородки з отворами (діафрагми). Під дією прискорюючого поля анодів електрони набувають значної швидкості. Остаточне фокусування електронного потоку здійснюється за допомогою неоднорідного електричного поля у просторі між анодами, а також завдяки діафрагмам. Система, що складається з катода, модулятора та анодів, називається електронним прожектором (електронною гарматою) і служить для створення електронного променя, тобто тонкого потоку електронів, що летять з великою швидкістю від другого анода до люмінесцентного екрану. Електронний прожектор розміщується у вузькій горловині колби ЕЛТ. Цей промінь відхиляється під дією електричного або магнітного поля, а інтенсивність променя можна змінювати за допомогою електрода, що керує, змінюючи тим самим яскравість плями. Люмінесцентний екран формується шляхом нанесення тонкого шару люмінофора на внутрішню поверхню торцевої стінки конічної частини ЕЛТ. Кінетична енергія електронів, що бомбардують екран, перетворюється на видиме світло.
ЕЛТ З електростатичним управлінням.
Електричні поля зазвичай використовуються в ЕПТ з екраном малого розміру. У системах відхилення електричним полем вектор поля перпендикулярно орієнтований початкової траєкторії променя. Відхилення здійснюється додатком різниці потенціалів до пари пластин, що відхиляють малюнок нижче. Зазвичай пластини, що відхиляють, роблять відхилення в горизонтальному напрямку пропорційним часу. Це досягається додатком до відхиляє пластин напруги, яке рівномірно зростає, поки промінь переміщається поперек екрану. Потім ця напруга швидко падає до свого початкового рівня і знову починає поступово зростати. Сигнал, що вимагає дослідження, подають на пластини, що відхиляють у вертикальному напрямку. Якщо тривалість одноразової горизонтальної розгортки дорівнює періоду або відповідає частоті повторення сигналу, на екрані безперервно відтворюватиметься один період хвильового процесу.
1 екран ЕПТ, 2-катод, 3-модулятор, 4-перший анод, 5-другий анод, П - відхиляючі пластини.
ЕПТ з електромагнітним управлінням
У випадках, коли потрібне велике відхилення, використання електричного поля для відхилення променя стає неефективним.
Електромагнітні трубки мають електронну гармату, таку, як і електростатичні. Різниця полягає в тому, що напруга на першому аноді не змінюється і аноди призначені тільки для прискорення електронного потоку. Магнітні поля потрібні для відхилення променя в телевізійних ЕПТ з великими екранами.
Фокусування електронного променя здійснюється за допомогою котушки, що фокусує. Котушка, що фокусує, має рядову намотку і одягається прямо на колбу трубки. Фокусуюча котушка створює магнітне поле. Якщо електрони рухаються по осі, то кут між вектором швидкості та магнітними силовими лініями дорівнюватиме 0, отже, сила Лоренца дорівнює нулю. Якщо електрон влітає в магнітне під кутом, то за рахунок сили Лоренца траєкторія електрона відхилятиметься до центру котушки. В результаті всі траєкторії електронів перетинатимуться в одній точці. Змінюючи струм через фокусуючу котушку, можна змінювати розташування цієї точки. Домагаються того, щоб ця точка знаходилася у площині екрана. Відхилення променя здійснюється за допомогою магнітних полів, що формуються двома парами котушок, що відхиляють. Одна пара – котушки вертикального відхилення, та інша – котушки таким чином, що їх магнітні силові лінії на осьовій лінії будуть взаємно перпендикулярні. Котушки мають складну формута розташовуються на горловині трубки.

При використанні магнітних полів для відхилення променя на великі кути ЕПТ виходить короткою, а також дозволяє виготовляти екрани великих розмірів.
Кінескопи.
Кінескопи відносяться до комбінованих ЕПТ, тобто вони мають електростатичне фокусування та електромагнітне відхилення променя для збільшення чутливості. Основною відмінністю кінескопів від ЕПТ є таке: електронна гармата кінескопів має додатковий електрод, який називається електродом, що прискорює. Він розташовується між модулятором і першим анодом, на нього подається позитивна напруга кілька сотень вольт щодо катода, і він служить для додаткового прискорення електронного потоку.
Схематичний пристрій кінескопа для чорно-білого телебачення: 1 - нитка підігрівача катода; 2- катод; 3- керуючий електрод; 4- прискорювальний електрод; 5- перший анод; 6-другий анод; 7- провідне покриття (аквадаг); 8 і 9 - котушки вертикального та горизонтального відхилення променя; 10 - електронний промінь; 11-екран; 12-виведення другого анода.
Другою відмінністю є те, що екран кінескопа, на відміну від ЕПТ, тришаровий:
1 шар – зовнішній шар – скло. До скла екрана кінескопа пред'являються підвищені вимоги щодо паралельності стін та відсутності сторонніх включень.
2 шар – це люмінофор.
3 шар – це тонка алюмінієва плівка. Ця плівка виконує дві функції:
Збільшує яскравість свічення екрана, діючи як дзеркало.
Основна функція полягає у захисті люмінофора від важких іонів, які вилітають із катода разом із електронами.
Кольорові кіно.
Принцип дії заснований на тому, що будь-який колір та відтінок можна отримати змішуванням трьох кольорів – червоного, синього та зеленого. Тому кольорові кінескопи мають три електронні гармати і одну загальну систему, що відхиляє. Екран кольорового кінескопа складається з окремих ділянок, кожна з яких містить три осередки люмінофора, що світяться червоним, синім та зеленими квітами. Причому розміри цих осередків настільки малі і вони розташовані настільки близько один до одного, що їхнє свічення сприймається оком як сумарне. Це загальний принцип побудови кольорових кінескопів.
Мозаїка (тріади) екрану кольорового кінескопа з тіньовою маскою: R-червоні, G-зелені, B-сині люмінофорні крапки.
Електропровідність напівпровідників
Власна провідність напівпровідників.
Власним напівпровідником називається ідеально хімічно чистий напівпровідник з однорідними кристалічними гратами на валентній орбіті якого знаходиться чотири електрони. У напівпровідникових приладах найчастіше використовують кремній. Siта германій Ge.
Нижче показано електронну оболонку атома кремнію. У освіті хімічних зв'язків й у провідності можуть брати участь лише чотири електрона зовнішньої оболонки, звані валентними електронами. Десять внутрішніх електронів у таких процесах не беруть участі.

Кристалічна структура напівпровідника на площині може бути наступним чином.
Якщо електрон отримав енергію, більшу за ширину забороненої зони, він розриває ковалентний зв'язок і стає вільним. На його місці утворюється вакансія, яка має позитивний заряд, що дорівнює за величиною заряду електрона і називається діркою. У хімічно чистому напівпровіднику концентрація електронів nдорівнює концентрації дірок p.
Процес утворення пари зарядів електрон та дірка називається генерацією заряду.
Вільний електрон може займати місце дірки, відновлюючи ковалентний зв'язок і при цьому випромінюючи надлишок енергії. Такий процес називається рекомбінацією зарядів. У процесі рекомбінації та генерації зарядів дірка як би рухається у зворотний бік від напрямку руху електронів, тому дірку прийнято вважати рухомим позитивним носієм заряду. Дірки та вільні електрони, що утворюються в результаті генерації носіїв заряду, називаються власними носіями заряду, а провідність напівпровідника за рахунок власних носіїв заряду називається власною провідністю провідника.
Домішна провідність провідників.
Так як у хімічно чистих напівпровідників провідність істотно залежить від зовнішніх умов, напівпровідникових приладах застосовуються домішкові напівпровідники.

Якщо напівпровідник ввести пятивалентную домішка, то 4 валентних електрона відновлюють ковалентні зв'язки з атомами напівпровідника, а п'ятий електрон залишається вільним. За рахунок цього концентрація вільних електронів перевищуватиме концентрацію дірок. Домішка, за рахунок якої n> p, називається донорноюдомішкою. Напівпровідник, у якого n> p, називається напівпровідником з електронним типом провідності, або напівпровідником n-Типу.
У напівпровіднику n-Типуелектрони називаються основними носіями заряду, а дірки – неосновними носіями заряду.
При введенні тривалентної домішки три її валентні електрони відновлюють ковалентний зв'язок з атомами напівпровідника, а четвертий ковалентний зв'язок виявляється не відновленим, тобто має дірка. В результаті цього концентрація дірок буде більшою за концентрацію електронів.
Домішка, при якій p> n, називається акцепторнийдомішкою.
Напівпровідник, у якого p> n, називається напівпровідником з дірковим типом провідності, або напівпровідником р-типу. У напівпровіднику р-типудірки називаються основними носіями заряду, а електрони – неосновними носіями заряду.
Утворення електронно-діркового переходу.
Зважаючи на нерівномірну концентрацію на межі розділу рі nнапівпровідника виникає дифузійний струм, за рахунок якого електрони з n-областіпереходять у р-область, а їх місці залишаються некомпенсовані заряди позитивних іонів донорної домішки. Електрони, що надходять у р-область, рекомбінують з дірками, і виникають некомпенсовані заряди негативних іонів акцепторної домішки. Ширина р-nпереходу – десяті частки мікрона. На межі розділу виникає внутрішнє електричне поле р-n переходу, яке буде гальмуючим для основних носіїв заряду і їх відкидатиме від межі розділу.
Для неосновних носіїв заряду поле буде прискорюючим і переноситиме їх у область, де вони будуть основними. Максимум напруженості електричного поля – на межі розділу.
Розподіл потенціалу шириною напівпровідника називається потенційної діаграмою. Різниця потенціалів на р-nпереході називається контактною різницею потенціалівабо потенційним бар'єром. Для того, щоб основний носій заряду зміг подолати р-nперехід, його енергія має бути достатньою для подолання потенційного бар'єру.
Пряме та зворотне включення р-nпереходу.
Докладемо зовнішню напругу плюсом до р-області. Зовнішнє електричне поле спрямоване назустріч внутрішньому полю р-nпереходу, що зумовлює зменшення потенційного бар'єру. Основні носії зарядів легко зможуть подолати потенційний бар'єр, і тому через р-nперехід протікатиме порівняно великий струм, викликаний основними носіями заряду.

Таке включення р-nпереходу називається прямим, і струм через р-nперехід, спричинений основними носіями заряду, також називається прямим струмом. Вважається, що при прямому включенні р-nперехід відкрито. Якщо підключити зовнішнє напруження мінусом на р-область, а плюсом на n-областьто виникає зовнішнє електричне поле, лінії напруженості якого збігаються з внутрішнім полем. р-nпереходу. В результаті це призведе до збільшення потенційного бар'єру та ширини р-nпереходу. Основні носії заряду не зможуть подолати р-nперехід, і вважається, що р-nперехід закрито. Обидва поля – і внутрішнє, і зовнішнє – є прискорюючими для неосновних носіїв заряду, тому неосновні носії заряду проходитимуть через р-nперехід, утворюючи дуже маленький струм, який називається зворотним струмом. Таке включення р-nПерехід також називається зворотним.
Властивості р-nпереходу.Вольтамперна характеристика р-nпереходу
До основних властивостей р-nпереходу відносяться:
- властивість односторонньої провідності;
Температурні властивості р-nпереходу;
Частотні властивості р-nпереходу;
Пробій р-nпереходу.
Властивість односторонньої провідності р-nпереходу розглянемо на вольтамперній характеристиці.
Вольтамперною характеристикою (ВАХ) називається графічно виражена залежність величини протікає через р-nперехід струму від величини прикладеної напруги I= f(U) - мал.29.
Так як величина зворотного струму в багато разів менше, ніж прямого, то зворотним струмом можна знехтувати і вважати, що р-nперехід проводить струм лише одну сторону. Температурна властивість р-nпереходу показує, як змінюється робота р-nпереходу за зміни температури. на р-nперехід значною мірою впливає нагрівання, дуже малою мірою - охолодження. При збільшенні температури збільшується термогенерація носіїв заряду, що призводить до збільшення прямого і зворотного струму. Частотні властивості р-nпереходу показують, як працює р-nперехід під час подачі на нього змінної напруги високої частоти. Частотні властивості р-nПереходи визначаються двома видами ємності переходу.
Перший вид ємності – це ємність, обумовлена нерухомими зарядами іонів донорної та акцепторної домішки. Вона називається зарядною або бар'єрною ємністю. Другий тип ємності - це дифузійна ємність, обумовлена дифузією рухомих носіїв заряду через р-nперехід при прямому включенні.
Якщо на р-nперехід подавати змінну напругу, то ємнісний опір р-nпереходу зменшуватиметься зі збільшенням частоти, і при деяких великих частотах ємнісний опір може зрівнятися з внутрішнім опором р-nпереходу під час прямого включення. У цьому випадку при зворотному включенні через цю ємність потече досить великий зворотний струм, і р-nперехід втратить властивість односторонньої провідності.
Висновок: що менше величина ємності р-nпереходу, тим більше високих частотах може працювати.
На частотні властивості основний вплив має бар'єрна ємність, тому що дифузійна ємність має місце при прямому включенні, коли внутрішній опір р-nпереходу мало.
Пробій р-nпереходу.
При збільшенні зворотної напруги енергія електричного поля стає достатньою для створення носіїв заряду. Це призводить до сильного збільшення зворотного струму. Явище сильного збільшення зворотного струму при певному зворотному напрузі називається електричним пробоєм р-nпереходу.
Електричний пробій - це оборотний пробій, тобто при зменшенні зворотної напруги р-nперехід відновлює якість односторонньої провідності. Якщо зворотну напругу не зменшити, напівпровідник сильно нагріється за рахунок теплової дії струму і р-nперехід згоряє. Таке явище називається тепловим пробоєм. р-nпереходу. Тепловий пробій необоротний.
Напівпровідникові діоди
Напівпровідниковий діод називається пристрій, що складається з кристала напівпровідника, що містить зазвичай один р-n перехід і має два висновки. Існує багато різних типів діодів - випрямні, імпульсні, тунельні, звернені, надвисокочастотні діоди, а також стабілітрони, варикапи, фотодіоди, світлодіоди та ін.
Маркування діодів складається з 4 позначень:
До С -156 А

Завдання роботи
1. спільне знайомство з пристроєм та принципом дії електронних осцилографів,
2. визначення чутливості осцилографа,
3. проведення деяких вимірювань у ланцюзі змінного струму за допомогою осцилографа.
Загальні відомості про пристрій та роботу електронного осцилографа

За допомогою катода електронно-променевої трубки осцилографа створюється електронний потік, який формується у вузький пучок, спрямований до екрану. Сфокусований на екрані трубки електронний пучок викликає в місці падіння пляма, що світиться, яскравість якої залежить від енергії пучка (екран покритий спеціальним люмінесцентним складом, що світиться під впливом пучка електронів). Електронний промінь є практично безінерційним, тому світлову пляму можна практично миттєво переміщати в будь-якому напрямку екраном, якщо впливати на електронний пучок електричним полем. Поле створюється за допомогою двох пар плоскопаралельних пластин, званих пластинами, що відхиляють. Мала інерційність променя зумовлює можливість спостереження швидкозмінних процесів із частотою 10 9 Гц і більше.

Розглядаючи існуючі осцилографи, різноманітні за конструкцією та призначенням, можна побачити, що функціональна схемаїх приблизно однакова. Основними та обов'язковими вузлами повинні бути:

Електронно-променева трубкадля візуального спостереження досліджуваного процесу;

Джерела живлення для отримання необхідної напруги, що подаються на електроди трубки;

Пристрій для регулювання яскравості, фокусування та зміщення променя;

Генератор розгортки для переміщення електронного променя (і відповідно, плями, що світиться) по екрану трубки з певною швидкістю;

Підсилювачі (і атенюатори), що використовуються для посилення або ослаблення напруги досліджуваного сигналу, якщо воно недостатньо для помітного відхилення променя на екрані трубки або, навпаки, занадто велике.

Пристрій електронно-променевої трубки

Насамперед, розглянемо пристрій електронно-променевої трубки (рис. 36.1). Зазвичай це скляна колба 3 відкачана до високого вакууму. У вузькій її частині розташований катод 4, з якого вилітають електрони за рахунок термоелектронної емісії Система циліндричних електродів 5, 6, 7 фокусує електрони у вузький пучок 12 і керує його інтенсивністю. Далі йдуть дві пари відхиляючих пластин 8 і 9 (горизонтальні та вертикальні) і, нарешті, екран 10 – дно колби 3, покрите складом люмінесцентним, завдяки якому стає видимим слід електронного променя.

До складу катода входить вольфрамова нитка - нагрівач 2, розташована у вузькій трубці, торець якої (для зменшення роботи виходу електронів) покритий шаром окису барію або стронцію і є джерелом потоку електронів.

Процес формування електронів у вузький промінь за допомогою електростатичних полів багато в чому нагадує дію оптичних лінз на світловий промінь. Тому система електродів 5,6,7 зветься електронно-оптичного пристрою.

Електрод 5 (модулятор) у вигляді закритого циліндра з вузьким отвором знаходиться під невеликим негативним потенціалом щодо катода і виконує функції, аналогічні сітці електронної лампи, що управляє. Змінюючи величину негативної напруги на модулюючому або керуючому електроді, можна змінювати кількість електронів, що проходять через отвір. Отже, за допомогою модулюючого електрода можна керувати яскравістю променя на екрані. Потенціометр, який керує величиною негативної напруги на модуляторі, виведений на передню панель осцилографа з написом ”яскравість”.

Система двох коаксіальних циліндрів 6 і 7, званих першим і другим анодами, служить для прискорення і фокусування пучка. Електростатичне поле в проміжку між першим і другим анодами спрямоване таким чином, що відхиляє траекторії електронів, що розходяться знову до осі циліндра, подібно до того, як оптична система з двох лінз діє на розбіжний пучок світла. При цьому катод 4 і модулятор 5 складають першу електронну лінзу, а першому та другому анодам відповідає інша електронна лінза.

У результаті пучок електронів фокусується в точці, яка повинна лежати в площині екрана, що виявляється можливим при виборі різниці потенціалів між першим і другим анодами. Ручку потенціометра, що регулює цю напругу, виведено на передню панель осцилограф із написом ”фокус”.

При попаданні електронного променя на екран на ньому утворюється різко окреслена пляма, що світиться (відповідне перерізу пучка), яскравість якого залежить від кількості і швидкості електронів в пучку. Більшість енергії пучка при бомбардуванні екрану перетворюється на теплову. Щоб уникнути пропалу люмінесцентного покриття, не допустима велика яскравість при нерухомому електронному промені. Відхилення променя здійснюється за допомогою двох пар плоскопаралельних пластин 8 та 9, розташованих під прямим кутом один до одного.

За наявності різниці потенціалів на пластинах однієї пари, однорідне електричне поле між ними відхиляє траєкторію пучка електронів залежно від величини і знака цього поля. Розрахунки показують, що величина відхилення променя на екрані трубки D(В міліметрах) пов'язана з напругою на пластинах U Dта напругою на другому аноді Ua 2(У вольтах) наступним чином:

(36.1),

Поділіться статтею з друзями:

Схожі статті