Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Характеристики та параметри електронних ламп. Робота електронної лампи з активним навантаженням в анодному колі та опис будови і принципу дії ЕПТ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти та науки України
Національний університет “Львівська політехніка”
Курсова робота
Характеристики та параметри електронних ламп. Робота електронної лампи з активним навантаженням в анодному колі та опис будови і принципу дії ЕПТ.
Завдання:
Задача 1.
Для електронної лампи 6П36С визначити та побудувати залежності статичних параметрів S, Rі, μ, від режиму роботи лампи:
Залежність S, Rі, μ, від напруги на перщій сітці Uс1 при сталій напрузі на аноді Uа = 150 В.
Прирости напруг (ΔUс1, ΔUа) та струму (ΔIа), на основі яких будуть визначатися параметри, потрібно вказати на характеристиках, а їх числові значення та обчисленні параметри S, Rі, μ, потрібно подати в таблиці.
Задача 2.
Лампа, яка вказана в задачі 1, працює в режимі підсилення. В анодне коло увімкнено активний опір Rа = 0,25 кОм. Живиться це коло від анодного джерела Еа = 150 В. У коло керуючої сітки увімкнено джерело зміщення Ес1 = -6 В, та подається синусоїдальний сигнал з амплітудою Umc = 4 В. Для екранованих ламп на другу сітку подається номінальна напруга Ес2 (вказана вдовіднику).
Потрібно:
Нарисувати схему увімкнення заданої лампи.
Побудувати на сім’ї анодних характеристик пряму навантаження для заданих Еа, Rа і по одержаних робочих точках побудувати динамічну (робочу) анодно-сіткову характеристику Ia=f(Uc1).
Вказати початкове положення робочої точки (точки спокою) на анодно-сітковій та анодній характеристиках та визначити числові значення постійних складових анодного струму Ia0 та анодної напруги Ua0.
Вказати на характеристиках робочу ділянку, яка відповідає заданим Ec1 та Umc.
Нарисувати на графіках часові діаграми Uc=f(t), Ia= f(t), Ua= f(t), та вказати значення амплітуди змінних складових анодного струму Ima та анодної напруги Uma. Знайти середні значення цих величин.
Обчислити значення робочих параметрів лампи Sн, μн.
Визначити значення корисної потужності Рк, яку віддати лампа в навантаженні; потужність Р0, що витрачається анодним джерелом живлення; потужність Ра, яка виділяється на аноді лампи.
Визначити коефіцієнт корисної дії η.
Встановити, чиє допустимим для вказаної лампи заданий режим роботи. Для цього на сім’ї статичних анодних характеристик нанести лінію графічної потужності Р0 (вказана в довіднику). Для побудови Ра задаватись значеннями Ua і визначити Ia.
Завдання 3.
Для заданого приладу (ЛИ214) по довіднику:
Записати електричні параметри приладу.
Подати схему будови та електронну схему приладу.
Описати конструкцію заданого приладу:
Електронно-оптична система:
Тип катоду.
Кількість електродів та їх призначення.
Відхильна система (ВС):
Тип системи.
Будова ВС.
Чутливість системи.
Будова екрану:
Тип екрану та його спектральна характеристика.
Будова екрану.
Фізичні процеси на екрані ЕПТ.
Призначення приладу.
Зміст:
Частина перша 4
Тетрод 4
Задача 1. 9
Задача 2. 12
Частина друга 15
Загальні відомості про електронно-променеві прилади 15
Передавальні електронно-променеві прилади 16
Ортікон з перенесенням зображення (суперортікон) 17
Передавальна електронно-променева трубка ЛИ214 22
Література 25
Частина перша
Тетрод
Триелектродна лампа має ряд недоліків: велику прохідну та вихідну ємності, малий внутрішній опір та низький коефіцієнт підсилення. Велика прохідна ємність (десятки пФ) цієї лампи обмежує її використання в діа пазоні високих частот.
Для зменшення прохідної ємності в тетроді між сіткою і анодом введено додаткову сітку С2, яка виконує роль електростатичного екрана і носить назву екранної. На екранній сітці завжди повинен бути постійний додатний потенціал відносно катода: додатний - для забезпечення струмопроходження через лампу; постійний - для забезпечення екрануючої дії сітки. Однак при роботі лампи в схемі (рис. 1) змінна напруга в колі керу ючої сітки викликає появу змінної складової струму як в анодному колі, так і в колі екранної сітки. Якщо в колі екранної сітки існує деякий опір – (таким опором може бути і внутрішній опір джерела-живлення), то її потенціал під час роботи підсилювача стає пульсуючим, і екрануюча дія сіт ки зменшується. Для забезпечення постійності потенціалу екранну сітку через конденсатор великої ємності приєднують до катода. Завдяки цьому зовнішнє коло шунтується по змінному струму.
При достатньо густій екранній сітці і при умові, що вона по змінній складовій заземлена, силові лінії електростатичного поля анода в основному перехоплюються витками сітки С2 і лише незначною мірою проникають до керуючої сітки. Завдяки цьому ємність проміжку анод - керуюча сітка зменшується в десятки - сотні разів, підвищується внутрішній опір лампи і її коефіцієнт підсилення.
Однак наявність екранної сітки викликала і суттєвий недолік екранованих ламп - динатронний ефект. Динатронним ефектом називається явище переходу вторинних електронів, вибитих з електрода з нижчим потенціа лом на електрод з вищим потенціалом.
Рис. 1 Схема ввімкнення тетрода.
У тетроді електрони, емітовані катодом (первинні) вибивають з екранної сітки та анода вторинні електрони, які перехоплюються електродами з вищим потенціалом. Особливо небажаним є анодний динатронний ефект, тоб то перехід вторинних електронів, вибитих з анода, на екранну сітку. Це явище має місце, коли Ua < Uc2, і приводить до появи провалу на анод ній характеристиці (рис. 2 - суцільна лінія).
На ділянці вольт-амперної характеристики, де Ua > 20 В, але менше Uс2, з ростом анодної напруги спостерігається зменшення анодного струму, а струм екранної сітки Іс2 при цьому зростає за рахунок переходу на неї вторинних електронів з анода.
Якщо анодна напруга стає більшою, ніж напруга екранної сітки Ua > Uc2, то вторинні електрони, які вилітають з анода, потрапляють в гальмівне по ле і повертаються на анод (динатронний ефект відсутній). Наявність ди натронного ефекту в лампі суттєво скорочує довжину робочої ділянки вольт-амперної характеристики. Робота підсилювача на цій ділянці недопустима внаслідок спотворень підсилюваного сигналу, яких не вдається уникнути, і можливого самозбудження.
Основний недолік тетрода - динатронний ефект - можна усунути, якщо біля анода створити гальмівне поле для вторинних електронів, тобто ство рити біля анода мінімум потенціалу (рис. 3).
Рис. 2. Вольт-амперні характеристики при Uc2=conct, Uc1=const: 1 - анодна тетрода; 2 - екранно-анодна тетрода; 3 - анодна пентода (променевого тетрода).
Рис. 3. Розподіл потенціалу в тетроді: 1 - при наявності динатронного ефекту; 2 - динатронний ефект відсутній.
Первинні електрони пролітають ділянку xmin - xa за рахунок своєї, великої швидкості і потрапляють на анод; а вторинні електрони, вибиті з анода внаслідок малих початкових швидкостей, гальмуються. Якщо створити достатньо глибокий мінімум потенціалу біля анода Umin, то можна повністю припинити попадання вторинних електронів на екранну сітку. В різних лампах мінімум потенціалу біля анода-створюється рівними способами:
- у генераторних тетродах - за рахунок збільшення віддалі між екранною сіткою і анодом;
- у променевих тетродах - збільшенням густини електронного потоку
шляхом його фокусування;
- у пентодах - введенням додаткової захисної сітки.
У екранових лампах, позбавлених динатронного ефекту, відсутній провал на анодних характеристиках (рис. 2, штрих-пунктирна лінія). Оскільки екрановані лампи в переважній більшості випадків працюють при від’ємній напрузі на керуючій сітці, а у пентодів і Uc3=0, то потік електронів, який пройшов площину керуючої сітки, розподіляється між екранною сіткою і анодом. Відповідно Ik = Ia + Ic2.
Для кількісної оцінки розподілу електронів між електродами з додатними потенціалами користуються коефіцієнтами струморозподілу K і струмопроходження (.
, а .
Ці коефіцієнти пов’язані співвідношенням:
, а .
У теоретичних розрахунках частіше користуються коефіцієнтом струмопроходження (.
Знаючи (, по Ік можна визначити Іа і Іс2:
Ia = (Ik, Ic2 = (1 - () Ik.
Враховуючи, що форма траєкторії електронів, які пройшли площину першої сітки, залежить лише від співвідношення напруг анодної і екран ної сіток, то коефіцієнти ( і K однозначно визначаються не величиною кожної з них окремо взятих напруг, а їх співвідношенням:
, а .
Крива струмопроходження (рис. 4) складається з двох ділянок, які різко відрізняються своїм нахилом: при малих Ua/Uc2 - крута ділянка І; при великих Ua/Uc2 > (Ua/Uc2)гр – полога ділянка ІІ. Граничне значення (Ua/Uc2)гр завжди менше одиниці і знаходиться в межах (0,1 ( 0,3).
Рис. 4. Крива струмопроходження:
Різниця в нахилі ділянок кривої струмопроходження зумовлена різ ним характером руху електронів в просторі сітка - анод.
Для всіх значень Ua/Uc2 електрони при своєму русі на шляху від керуючої сітки С1 до екранної С2 - прискорюються. Між сіткою С2 і анодом знак зміни їх швидкості залежить від співвідношення Ua/Uc2 при Ua > Uc2 - електрони прискорюються, а при Ua < Uc2 - гальму ються. Якщо Ua > Uc2 всі електрони, які пройшли площину екранної сітки, долітають до анода. Це має місце і тоді, коли Ua дещо менше від Uc2, але (Ua/Uc2) > (Ua/Uc2)гр. Незважаючи на те, що в цьому випадку електрони між сіткою С2 і анодом гальмуються, але за рахунок значної кінетичної енергії, набутої на шляху від керуючої до екранної сітки, вони все ж таки долітають до анода. Якщо (Ua/Uc2) < (Ua/Uc2)гр,то галь мівна дія поля між сіткою С3, і анодом велика, і значна частина електро нів не долітає до анода, а повертається назад до екранної сітки. У та кому випадку струм сітки складається з електронного потоку I(c2, який безпосередньо попадав на витки сітки з потоку повернених електронів I(c2 (рис. 5): Ic2 = I(c2 + I(c2.
При умові, що (Ua / Uc2 ) >> 1, переважає складова I(c2, а при (Ua / Uc2) << 1 - складова I(c2.
В залежності від співвідношення Ua/Uc2 розрізняють два режими роботи - режим повернення і режим перехоплення. Режим повернення має місце тоді, коли (Ua/Uc2) < (Ua/Uc2)гр; режим перехоплення – коли (Ua/Uc2) > (Ua/Uc2)гр. Режим повернення характерний, тим, що частина електронів, які пройшли площину екранної сітки, не долітають до анода. Струм сітки в основному обумовлений електронами, що повернулися з про стору сітка С2 - анод. У режимі перехоплення майже всі електрони, які пройшли площину екранної сітки, потрапляють на анод. Струм сітки С2 обумовлений електронами, які безпосередньо перехоплюються нею при їх русі від керуючої сітки до анода. Величина цього струму в основному визначається поверхнею сітки. Ці два режими чітко виділяються і на вольт-амперних характеристиках тетрода і пентода (рис. 2):
- різка зміна анодного струму від анодної напруги - режим повернення;
- незначна зміна анодного струму від Ua - режим перехоплення.
Рис. 5. Струморозподіл в тетроді при .
Враховуючи, що кількість електронів, які потрапляють на електроди, залежить від співвідношення і величини напруг на цих електродах, то на практиці найчастіше користуються такими сімействами вольт-амперних характеристик: анодними, екранно-анодними, анодно-сітковими і екранно- сітковими.
Анодно-сіткові Ia = f(Uc1) і екранно-сіткові Ic2 = f(Uc1) харак теристики знімаються при постійних напругах Uc2, Ua, Uc3 (для пен тода) і мають однаковий вигляд як для тетрода, так і для пентода (рис. 6).
Рис. 6. Анодно-сіткові характеристики
Оскільки анодна напруга мало впливає на катодний струм, то характеристики, зняті при різних Ua майже співпадають,
Особливістю анодно-сіткових характеристик екранованих ламп є те, що вони зсуваються вліво не лише за рахунок зміни величини анодної напруги, як це має місце в тріоді, але й в результаті зміни напруги на екранній і захисній сітках. Напруга запирання екранованих ламп
Uc1зап,
де Q1 - проникність першої сітки.
Анодні Ia=f(Ua) і екранно-анодні Ic2 = f(Ua) характеристики знімаються при постійних напругах Uc2, Uc1, Uc3 (для пентода) і мають для пентода такий вигляд (рис.7):
Рис. 7. Анодні і екранно-анодні характеристики пентода: 1 - анодні; 2 - екранно-анодні; обл. І – режим повернення; обл. ІІ - режим перехоплення.
Анодні і екранно-анодні характеристики здебільшого рисують на одно му графіку, що робить можливим оцінити струморозподіл у лампі при зміні анодної напруги.
Полога ділянка анодної характеристики пентода (режим перехоплення) є робочою ділянкою лампи і вказує на слабий вплив анодної напруги на струм. Ця ділянка не є режимом насичення, тому що величина анодного струму може бути змінена напругами на керуючій Uc1 і екранній Uc2 сіт ках.
Основними статичними параметрами екранованих ламп є параметри, пов’язані з анодним струмом:
крутизна ,
внутрішній опір ,
коефіцієнт підсилення ; ( = SRi.
Враховуючи, що Ia = (Ik,
.
У цьому рівнянні перший член має надзвичайно малу величину, це пояснюється тим, що зміна напруги на керуючій сітці практично не впливає на струморозподіл в екранованій лампі. Тоді
,
де Sк - крутизна лампи по катодному струму.
Звідси випливає, що величина S (по анодному струму) залежить від коефіцієнта струморозподілу (. При покращеному струморозподілі (наприклад, при сфокусованому електронному потоці) ((1, а крутизна S(Sk.
Від струморозподілу також залежить і внутрішній опір лампи.
Основні параметри тетродів (пентодів) можна обчислити графічно по сім’ї анодних статичних характеристик (рис. 8),
Рис. 8. Анодні характеристики тетрода.
Задача 1.
6П36С – поменевий тетрод для роботи в вихідних каскадах рядкової розгортки телевізійних приймачів з кутом відхилення 1100.
Оформлення – в скляній оболонці, безцокольне. Маса 90 г.
З анодної характеристики визначаємо прирости напруг (ΔUс1, ΔUа) та струму (ΔIа).
№ точки на графіку
ΔUс1, В
ΔUа, В
ΔIа, мА
Ri, Ом
S,
μ
1
2
3
4
5
6
0,45
0,60
0,70
0,90
0,98
1,15
50
50
50
50
50
50
0,020
0,022
0,024
0,026
0,028
0,030
2500
2273
2083
1923
1786
1667
111,11
83,33
71,43
55,56
51,02
43,48
0,044
0,037
0,034
0,029
0,029
0,026
Анодні характеристики тетрода 6П36С
Анодно-сіткова характеристика тетрода 6П36С
За отриманими даними для електронної лампи 6П36С визначаємо та будуємо залежність статичних параметрів S, Rі, μ, від режиму роботи лампи:
Залежність S, Rі, μ, від напруги на перщій сітці Uс1 при сталій напрузі на аноді Uа = 150 В:
Задача 2.
Схема увімкнення лампи 6П36С:
Будуємо на сім’ї анодних характеристик пряму навантаження для Еа =150 В і Rа = 0,25 кОм. По одержаних робочих точках будуємо динамічну анодно-сіткову характеристику Ia = f (Uc1):
Ua = Ea - IaRa
якщо Ia = 0, то Ua = Ea = 150 В;
якщо Ua = 0, то Ia max = Ea/Ra = 150 / 250 = 0,6 А;
Вказуємо початкове положення робочої точки Т. Визначаємо числові значення постійних складових анодного струму Ia0 та анодної напруги Ua0:
Ia0 = 0,325 А;
Ua0 = 70 В;
Зображуємо на характеристиках робочу ділянку, що відповідає Ec1 = -6 В та Umc = 4 В.
Рисуємо на графіках часові діаграми Uc = f(t), Ia = f(t), Ua = f(t), та вказуємо значення амплітуди змінних складових анодного струму та анодної напруги. Знаходимо середні значення цих величин:
Ima = (Ia max - Ia min) / 2 = (0,42 – 0,23) / 2 = 0,095 А;
Uma = UmR=(Uamax - Uamin) / 2=(82 - 45) / 2 = 18,5 В;
По відповідних приростах струмів та напруг обчислюємо значення робочих параметрів лампи:
Вихідна потужність:
Рвих = 0,5 Ima Uma = 0,5.0,095.18,5 = 0,879 Вт.
Потужність, що виділяється на навантаженні постійної складової анодного струму:
UR0 = Ea - Ua0= 150 – 70 = 80 В.
РR0 = Ia0 UR0 = 0,325.80 = 26 Вт.
Повна споживана потужність в анодному колі:
Р0 = Ia0 Ea = 0,325.150 = 48,75 Вт.
Потужність, розсіювана анодом:
Ра = Р0 - РR0 - Рвих = 48,75 - 26 - 0,879 = 21,87 Вт.
Визначаємо коефіцієнт корисної дії η.
;
Рораховуємо лінію графічної потужності та наносимо її на сім’ю статичних анодних характеристик:
Рamax = 25 Вт;
Оскільки Ра < Раmax = 25 Вт та пряма навантаження походить нижче кривої допустимої потужності, то лампа працює в безпечному режимі.
Частина друга
Загальні відомості про електронно-променеві прилади
Електронно-променевими приладами (ЕПП) прийнято називати групу електровакуумних приладів, дія яких заснована на формуванні і управлінні інтенсивністю і напрямом електронних пучків.
Електронно-променеві прилади, призначені для отримання видимого (оптичного) зображення на екрані, що світиться під дією електронів, або для реєстрації отримуваного зображення на світлочутливому шарі, отримали назву електронно-графічних електронних приладів. До них відносяться приймальні електронно-променеві трубки: кінескопи, осцилографічні, індикаторні, запам'ятовуючі трубки та ін.
Електронно-променеві трубки, як правило, містять наступні основні елементи:
1. Електронний прожектор (електронна гармата) – система електродів, які утворюють і фокусують електронний промінь, а також дозволяють управляти його інтенсивністю.
2. Відхиляюча та фокусуючи системи, що використовуються для фокусування та відхилення електронного променя, що відтворює на екрані світлове зображення.
3. Екран, що є шаром того чи іншого люмінофора, нанесений на дно колби. Люмінофор складається з різних речовин, здатних світитися під дією електронного бомбардування.
Від люмінофора вимагається можливо велика світлова віддача та яскравість свічення з певною характеристикою випромінювання, що визначає колір його свічення. Так, для чорно-білого телебачення потрібні екрани, що дають білий колір, для кольорового телебачення потрібні люмінофори, що дають червоний, синій, зелений кольори. Для осцилографічних трубок, призначених для візуального спостереження, підходить зелений колір свічення, оскільки око найбільш чутливе саме до зеленої області спектру. Для осцилографічних трубок із записом на фотоплівку найбільш ефективний синій колір свічення, відповідний максимальній чутливості фотоплівки.
Свічення люмінофора має інерційність, тобто наростає протягом деякого часу (час розгорання), а після припинення опромінюванення свічення спадає протягом певного часу (час післясвічення).
Для оцінки властивостей екранів електронно-променевих трубок служать спектральні характеристики і характеристики післясвічення.
Спектральні характеристики екранів - це залежність між довжиною хвилі і потужністю, що випромінюється екраном на одиницю спектрального інтервалу.
Характеристики післясвічення - це залежності між випромінюваною світловою потужністю та часом з моменту припинення збудження.
До приймальних електронно-променевих приладів (разом з кінескопами, осцилографічними і індикаторними трубками) відноситься і група запам'ятовуючих трубок, що поділяються на трубки з видимим зображенням і без видимого зображення. Трубки з видимим зображенням аналогічні осцилографічним трубкам, але зображення на екрані може зберігатися без зміни протягом певного часу. В трубках без видимого зображення (потенціалоськопах, графіконах та ін.) зображення записується на накопичувальну поверхню в півтонах, зберігатись тривалий час і в будь-який час бути «зчитаним», тобто виданим у вигляді електричних сигналів. Ці запам'ятовуючі трубки застосовують як елементи пам'яті в різних областях техніки. Швидкість запису інформації і швидкість читаання не залежать один від одного і доходить до десятка мільйонів знаків в секунду.
Електронно-променеві прилади, призначені для перетворення оптичного зображення в ряд електричних телевізійних сигналів, називаються передавальними телевізійними трубками. До них відносяться передавальні електронно-променеві трубки: суперіконоскопи, суперортікони, відікони та ін. Відповідно до умов роботи всі передавальні трубки діляться на дві основні групи: для використання в радіомовному телебаченні та використання в прикладному телебаченні. Для студійних і позастудійних передач зазвичай використовуються суперортікони, а для кінотрансляції - відікони.
Основним елементом передавальних електронно-променевих приладів типу суперортікон є фотоелектронний катод (фотокатод), дія якого основана на використанні явища фотоелектронної емісії, при якій у фотокатоді світлова енергія перетвориться в електричну. Фотокатоди, що використовуються в цих приладах мають складний світлочутливий шар, що формують на внутрішній стінці балона. Від фотокатодів вимагається можливо велика фотоемісія і стійкість до змін температури.
Рис. 9 - Спектральна характеристика фотокатодів № 1, 2, 3 та 4
Різні за типом фотокатоди, що використовуються в приладах, мають спектральні характеристики з різко вираженим виборчим максимумом в певній області спектру. Типові спектральні характеристики фотокатодів позначаються певними номерами. Спектральні характеристики фотокатодів – це графічне зображення залежності спектральної чутливості фотокатода від довжини хвилі або частоти падаючого на фотокатод світла.
Передавальні електронно-променеві прилади
Електронно-променевий прилад, призначений для перетворення оптичного зображення в електричні телевізійні сигнали, називається передавальною тельовізіоїной трубкою. Залежно від принципу дії і конструкції передавальні трубки розділяються на ортікони, ортікони з перенесенням зображення (суперортікони), відікони, діссектори.
Всі вказані типи трубок знаходять застосування для передачі телевізійних сигналів. Проте вони розрізняються за чутливістю, роздільною здатністю, передачі широкого діапазону освітленості об'єкту, відтворенню світлових градації та відношенню сигнал-шум на виході трубки.
Ортікон з перенесенням зображення (суперортікон)
Сучасний ортікон з перенесенням зображення - по основних параметрах кращий за інші трубки. В ньому використано накопичення заряду, посилення зображення за рахунок перенесення його з фотокатода на мішень і вторинно-електронне посилення вихідного сигналу. Особливістю суперортікону є наявність двосторонньої мішені, з одного боку якої проводиться запис, - накопичення заряду, а з іншої - зчитування. Так само як і в ортіконі, в цій трубці застосовуються нерівноважний запис і перезарядноє прочитування.
В суперортіконі використані наступні чинники, що дозволяють значно збільшити чутливість: суцільний високочутливий фотокатод, ефективне уловлювання сіткою вторинних електронів з мішені (при невеликих освітленостях), зчитування пучком повільних електронів (σ < 1), вторинно-електронне посилення сигналу. Завдяки перерахованим чинникам чутливість сучасного суперортікону в сотні і тисячі разів вища за чутливість іконоскопа і в деяких випадках може перевищувати чутливість ока.
Схематичне зображення конструкції приладу показано на Рис. 10. Прилад має суцільний напівпрозорий фотокатод 1, що працює на просвіт, двосторонню накопичувальну мішень 3, що складається з тонкої скляної плівки завтовшки 0,005 мм з поперечною провідністю. Пролітаючи через металеву сітку, розташовану на відстані 0,05 мм від мішені, фотоелектрони утворюють на мішені потенційний рельєф, який завдяки значній ємкості і провідності між протилежними сторонами тонкої мішені відтворюється на її зворотній стороні. Вторинні електрони, вибиті з мішені фотоелектронами, збираються сіткою. Сітка використовується також для подачі на трубку гасящих імпульсів для зняття потенційного рельєфу.
Рис. 10 - Схематичне зображення конструкції суперортікона: 1 - фотокатод; 2 - прискорюючий електрод: 3 - вузол мішені; 4 - зовнішні магнітні пристрої; 5 - вторинно-електронний помножувач; 6 - електронний прожектор
Електронно-оптична система прожектора 6 разом із зовнішньою котушкою 4 формує сфокусований в площині мішені зчитуючий пучок електронів. Зчитування інформації з мішені проводиться за допомогою пучка «повільних» електронів (що летять з меншою швидкістю), тому коефіцієнт вторинної електронної емісії не перевищує 0,7 - 0,8.
Конструкція і електричний режим роботи електронно-оптичної системи, а також властивості фотокатода визначають роздільну здатність приладу, рівномірність фону по полю зображення та істотно впливають на відношення сигнал-шум.
Оскільки ділянки мішені мають різний потенціальний рельєф, то на нейтралізацію окремих ділянок потрібна різна кількість елекронів променя і, отже, від різних ділянок повертається різна кількість електронів, що створюють зворотний струм. Для посилення зворотного струму всередині трубки є вторинно-електронний помножувач 5. Секція помножувача розташована в горловині трубки і складається з ряду дінодів і колектора. Колектор є вихідним електродом суперортікона. Завдяки наявності вторинно-електронного помножувача прилад має вищу чутливість в порівнянні з іншими передавальними трубками.
Використання пучка «повільних» електронів і відсутність вторинних електронів дозволило усунути ефект "чорної плями" в приладі, а застосування двосторонньої мішені і розміщення прожектора на одній осі з нею усунули трапецеїдальні спотворення растру.
Більшість суперортіконів взаємозамінні і можуть працювати в одній і тій же фокусуючій - відхиляючій системі. Фокусування і відхилення зчитуючого променя у всіх суперортіконах - електромагнітне.
Всі елементи суперортикону розміщують в довгій циліндричній колбі порівняно невеликого діаметру. З боку мішені колбу роблять ширшою. Вузька частина колби закінчується плоским дном - ніжкою з вводами, через які електроди прожектора і вторинно-електронний помножувач з'єднуються із зовнішнім колом. Широка частина колби закінчується плоским дном з оптичного скла, на внутрішню поверхню якого наносять суцільний напівпрозорий (працюючий «на просвіт») шар - фотокатод. В перехідній частині колби (від широкої до вузької) є додаткові штирьки - вводи, через які фотокатод, прискорюючий електрод, сітка-мішень і гальмуючий електрод сполучені із зовнішнім колом. Велика частина внутрішньої поверхні вузької частини колби має провідне покриття з потенціалом анода прожектора. Прожектор суперортікона повинен забезпечувати отримання променя із струмом 1 - 2 мкА при діаметрі в площині мішені 30 - 40 мкм. Прожектор зазвичай збирають по тріодній схемі.
Анодна діафрагма прожектора має отвір діаметром 30 - 50 мкм. За діафрагмою пучок формується подовжнім однорідним магнітним полем в промінь з майже паралельними траєкторіями електронів. Таким чином, діаметр пучка визначається в основному діаметром анодної діафрагми. Зовнішня поверхня анодної діафрагми є першим емітером вторинно-електронного помножувача.
Для відхилення променя служать дві пари довгих котушок, що створюють приблизно однорідні поперечні поля. Крім того, в області анода прожектора зовні трубки встановлюють коректуючи (підрядкові) котушки, що створюють короткі поперечні магнітні поля. Регулюванням струму цих котушок можна в невеликих межах відхиляти промінь для підбору якнайкращого режиму проходження електронів крізь анодну діафрагму, а також впливати на електрони, що повертаються з мішені, для забезпечення якнайповнішого уловлювання їх першим емітером помножувача - анодною діафрагмою прожектора.
Двосторонньою мішенню є тонка 4 - 5 мкм пластина, що виготовляється в більшості суперортіконів із спеціального скла з підвищеною електропровідністю. Завдяки дуже малій товщині мішені її поперечний опір є невеликим і потенціальний рельєф, що формується на одній стороні мішені, переходить за рахунок поперечної провідності на іншу її сторону. В той же час поверхневий (повздовжній) опір мішені є достатньо великим і помітного «розтікання» заряду по поверхні мішені за час передачі кадру не відбувається. Таким чином, потенціальний рельєф, створений при записі на стороні мішені, поверненій до фотокатода, переходить на іншу її сторону (повернену до прожектора). При цьому поперечна провідність мішені забезпечує повну відповідність розподілу потенціалу на обох сторонах мішені, а великий подовжній опір перешкоджає швидкому згладжуванню потенційного рельєфу.
Для відбору вторинних електронів з мішені з боку запису (секція перенесення зображення) в безпосередній близькості до поверхні мішені встановлюють дрібноструктурну сітку. Поверхня мішені і розташована поблизу неї сітка утворюють конденсатор, що накопичує електричний заряд при записі. Зображення з фотокатода переноситься на мішень подовжнім магнітним полем. Це поле є продовженням фокусуючого поля, що формує зчитуючий електронний пучок з іншої сторони мішені. Для отримання високої чутливості всі електрони, еміттнровані фотокатодом, повинні досягти мішені, тобто фотоелектронна емісія повинна бути насиченою. Для отримання насиченого фотоструму використовують прискорююче електростатичне поле, що утворюється сіткою і циліндром мішені, по відношенню до яких фотокатод має негативний потенціал (-200 ... -500 В).
При розгортці пучком повільних електронів неосвітлена поверхня мішені поступово заряджається електронами (σ < 1), що приходять, набуваючи рівноважного потенціалу, приблизно рівного потенціалу катода прожектора (нулю). При проектуванні оптичного зображення на фотокатод електронне зображення, що виникає за рахунок фотоелектронної емісії, переноситься магнітним полем на мішень. Фотоелектронна емісія є насиченою - всі електрони, емітовані катодом, доходять до мішені. Енергія електронів при прискорюючій напрузі 300 … 400 В виявляється достатньою для виконання умови σ > 1. Таким чином, в секції перенесення відбувається посилення зображення в σ разів. Внаслідок відходу вторинних електронів на поверхні мішені створюється позитивний потенційний рельєф. Оскільки проектування оптичного зображення на мішень відбувається безперервно, потенційний рельєф формується протягом передачі одного кадру, тобто ефект накопичення заряду використовується повною мірою. Завдяки поперечній провідності мішені потенціал іншої її сторони (повернотої до прожектора) також змінюється, отже, має місце нерівноважний запис.
При розгортці пучком повільних електронів (σ < 1) потенціал поверхні мішені знижується за рахунок компенсації позитивного заряду електронами розгортаючого пучка. Оскільки зчитуючий пучок змінює заряд, накопичений на мішені, зчитування в суперортіконі є перезарядним.
При затемненому фотокатоді, тобто у відсутність зображення, потенційний рельєф на мішені не створюється. При розгортці неосвітленої поверхні мішені пучком повільних електронів потенціал її прагне до рівноважного значення, рівного потенціалу катода прожектора (нулю). При цьому електрони зчитуючого пучка відбиватимуться від поверхні мішені і повертатимуться до прожектора. Подовжнє магнітне поле «приводить» відбиті електрони на анодну діафрагму прожектора, що є першим емітером електронного помножувача. Електростатичне поле другого емітера направляє вторинні електрони з діафрагми прожектора на другий емітер. У формуванні цього поля бере участь також циліндр помножувача. З другого емітера електрони прямують на третій емітер і т. д з останнього емітера - на колектор (анод) помножувача. Коефіцієнт посилення помножувача може досягати декілька тисяч.
За наявності на мішені потенційного рельєфу, що відповідає розподілу освітленості по поверхні фотокатода, частина електронів зчитуючого пучка витрачається на компенсацію позитивного заряду, накопиченого на мішені. Внаслідок цього струм електронів, що повертаються з мішені, стає меншим. Очевидно, чим більший накопичений на даному елементі мішені заряд, тим менший струм, що йде з цього елементу на вхід помножувача.
Таким чином, неосвітленим елементам мішені відповідає максимальний вихідний струм, найбільш яскраво освітленим елементам - мінімальний струм. Отже, полярність відеосигналу суперортікона зворотна в порівнянні з полярністю відеосигналів інших трубок.
Спрощено формування відеосигналів суперортіконом можна представити таким чином. Припустимо, що струм фотокатода насичений, всі вторинні електрони з мішені відбираються сіткою, тобто струм вторинних електронів також насичений, струм зчитуючого пучка достатній для повної компенсації заряду, накопиченого на будь-якому елементі мішені, і характеристика вторинно-електронного помножувача лінійна у всьому можливому діапазоні зміни вхідного струму. Для ідеального суперортікону величина відеосигналу повинна бути пропорційна світловому потоку, падаючому на фотокатод. Інакше кажучи, характеристика світло - сигнал повинна бути лінійнійна у всьому можливому діапазоні зміни яскравості зображення, що передається.
Проте ідеальні умови можуть існувати лише при малих освітленностях. Тільки перша умова - насиченість фотокатода - приблизно виконується навіть при порівняно великих освітленостях внаслідок значної різниці потенціалів між фотокатодом і сіткою мішені. В той же час напруженість поля між поверхнею мішені і сіткою дуже мала і при накопиченні на поверхні мішені позитивного заряду поле може змінити напрям, тобто струм вторинних електронів не насичений. Так само при великих величинах накопиченого заряду зчитуючий пучок може «не встигнути» повністю перезарядити елементи мішені. Ці чинники приводять до того, що із зростанням освітленості фотокатода пропорційність між освітленістю і величиною відеосигналу порушується, збільшення амплітуди вихідного сигналу відстає від зростання освітленості - характеристика світло-сигнал стає нелінійною.
Рис. 11 - Світлова характеристика суперортікона
Приблизний вигляд реальної світлової характеристики суперортікона показано на Рис. 11. Як видно, світлова характеристика близька до лінійної тільки при дуже малих освітленостях фотокатоду. З ростом освітленості крутизна характеристики падає. Таким чином, реальна характеристика світло-сигнал суперортікона близька до оптимальної.
При малих освітленостях завдяки великій крутизні можлива передача достатньої кількості градації яскравості.
В той же час при великих освітленостях світлова характеристиика йде полого і можна припустити, що подальше збільшення освітленості (за "загибом" світлової характеристики) зробить неможливим формування відеосигналу.
Проте досвід експлуатації суперортікона показав, що і при освітленостях фотокатода, істотно більших за «загин» світлової характеристики, ця трубка цілком задовільно відтворює градації яскравості. Більше того, при роботі за «загином» світлової характеристики відношення сигнал/шум навіть зростає, якість зображення поліпшується. Пояснення цього факту вимагає уточнення теорії формування відеосигналу суперортіконом.
До цього не враховувалася можливість перерозподілу вторинних електронів, що виходять з мішені, між неоднаково освітленими елементами її поверхні. Тим часом цей процес грає важливу роль при накопиченні заряду і створенні потенціального рельєфу на поверхні мішені. Напруженість поля, що відбирає вторинні електрони, дуже мала (ненасиченість струму вторинних електронів), в той же час різниця потенціалів між сусідніми світлим і темним елементами може зумовити місцеве поле, достатнє для перерозподілу вторинних електронів по поверхні мішені. Врахування перерозподілу зарядів на мішені дозволяє створити більш строгу теорію роботи суперортікона.
Не дивлячись на ряд переваг, що забезпечують суперортікону широке застосування, він не вільний від деяких недоліків, до яких в першу чергу слід віднести збільшення відносного рівня шуму при малих освітленостях об'єкту, що передається.
08.05.2012 15:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора