Радиотехника

 

 

На него подается положительное  напряжение 300—1000 В, а на второй анод (ускоряющий) подается 1000—5000 В. Неоднородное электрическое поле между управляющим электродом и первым анодом, а также между первым и вторым анодами, создаваемое различными напряжениями на этих электродах, фокусирует электроны, т. е. превращает пучок электронов, вылетевших из отверстия управляющего электрода, в тонкий луч.

Электронный луч, пройдя через  отверстие во втором аноде, попадает на флуоресцирующий экран. В месте падения луча на экране возникает светящееся пятно. При этом из люминофора выбиваются вторичные электроны, которые через аквадаг или непосредственно замыкаются на второй анод и далее через источник питания — на катод. Яркость светящегося пятна, создаваемого электронным лучом на экране, зависит от плотности электронного луча и регулируется изменением отрицательного напряжения на управляющем электроде. Четкость изображения пятна на экране зависит от фокусировки электронного луча, которая осуществляется изменением напряжения на первом аноде, называемом фокусирующим анодом. Катод, управляющий электрод, первый и второй аноды образуют электронно-оптическую систему, называемую электронной пушкой, или электронным прожектором. Двигаясь к экрану, электронный луч подвергается воздействию отклоняющих напряжений, которые подаются на отклоняющие пластины, расположенные за вторым анодом (см. рис. 14). При подаче напряжения на первую пару пластин электронный луч отклоняется в вертикальном направлении, а при подаче на вторую пару пластин — в горизонтальном направлении, что приводит к соответствующему перемещению светящегося пятна по экрану трубки. При равенстве потенциалов каждой пары пластин электронный луч проходит через центр трубки, и светящееся пятно устанавливается в центре экрана

Одним из главных параметров, характеризующих электронно-лучевую трубку, является ее чувствительность b Чувствительностью трубки с электростатическим управлением называется отношение величины отклонения g светящегося пятна в миллиметрах к величине отклоняющего напряжения U, В,

Чувствительность  электронно-лучевой  трубки определяется  величиной ускоряющего напряжения и конструкцией трубки.

Чувствительность трубки для каждой пары пластин неодинакова, причем большую чувствительность трубка имеет для отклоняющих пластин, более удаленных от экрана. Поэтому в справочных данных

 

Рис. 15. Электронно-лучевая  трубка с магнитным управлением: / — подогревный катод;   2 — управляющий электрод;    3 — первый    анод;    4 — аквадаг; 5 — фокусирующая   катушка;   6 — отклоняющая катушка

 

чувствительность трубки  указывается для каждой пары пластин в отдельности.

Иногда для повышения  чувствительности электроннолучевых трубок уменьшают положительное напряжение на втором аноде, но одновременно для обеспечения необходимой скорости электронов  слой аквадага соединяют со вторым анодом или подают на него  положительное напряжение, увеличивающее  яркость свечения экрана. использование аквадага в качестве третьего анода выгодно еще и потому что черный цвет его уничтожает отражения от зеркальной поверхности стекла: этим улучшается контрастность изображения на экране.

Устройство электронно-лучевой  трубки с магнитным управлением т.е. с магнитным отклонением и магнитной фокусировкой электронного луча, показано на рис. 15.

Электронный проектор. или электронная пушка, трубки с магнитным отклонением состоит из подогревного катода, управляющего электрода,  первого анода, второго анода в виде графитового покрытия – аквадага и фокусирующей катушки которая надевается на горловину трубки снаружи.

Через обмотку фокусирующей катушки пропускается постоянный ток создающий сильное магнитное поле, воздействующее на электроны сквозь стекло трубки.

В результате электроны, точно летящие  по оси трубки проходят фокусирующее поле без отклонении, так как направление этих электронов параллельно силовым линиям магнитного поля. Остальная часть электронов проходя через фокусирующее магнитное поле подвергается закручиванию.

В результате закручивания электроны прижимаются к оси трубки, образуя тонкий луч. Для регулировки фокусирующего  магнитного   поля   изменяется  величина  тока,  протекающего через фокусирующую катушку.

На управляющий электрод трубки, как и при электростатическом управлении, подается отрицательное напряжение. На первый анод подается положительное напряжение 300—1500 В. Под действием этого напряжения электроны движутся от катода до выхода из первого анода, где они попадают под воздействие положительного поля второго анода, который придает электронам нужное ускорение. Для этой цели на второй анод подается положительное напряжение величиной 5000—7000 В.

Отклонение электронного луча осуществляется с помощью специальной отклоняющей катушки, которая, как и фокусирующая катушка, помещается снаружи на горловине трубки. Для отклонения луча через катушку пропускается ток, создающий вокруг нее магнитное поле, взаимодействующее с электронным лучом таким же образом, как взаимодействует магнитное поле с проводником, по которому протекает  ток.   Направление  отклонения луча зависит от направления тока  через катушку.   Отклоняющие  катушки   бывают вращающимися и неподвижными. Вращающаяся отклоняющая катушка обычно имеет несколько наматываемых на  сердечник — ярмо из мягкой стали (рис. 106). Применяются также вращающиеся катушки без сердечника, имеющие ряд преимуществ. При увеличении тока через катушку магнитное поле вокруг ее витков будет увеличиваться, и электронный луч начнет отклоняться от центра "экрана в радиальном направлении, зависящем от положения катушки. Если на рис. 16 электроны направлены из плоскости рисунка на нас, то электронный луч, как известно, будет перемещаться влево. Если в этот момент катушку вращать вокруг горловины трубки, то электронный луч будет совершать радиально-круговое движение, т. е. перемещаться по радиусу и одновременно по окружности экрана.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.16 Принцип действия отклоняющей катушки ,

 

Чувствительность равна величине отклонения электронного луча деленная на один ампер-виток.

Ввиду того, что число  витков для данной катушки является величиной постоянной, то, следовательно, отклонение луча и чувствительность по отклонению пропорциональны току в отклоняющей катушке. Таким образом, для получения равномерной скорости отклонения луча ток через катушку должен изменяться линейно. Экран электронно-лучевой трубки предназначен для визуальной регистрации отклонения электронного луча и измерения его интенсивности. Основными характеристиками экрана являются характер свечения и время послесвечения. К характеру свечения относят яркость и цвет свечения.

Яркость свечения экрана определяется величиной напряжения на ускоряющем аноде и материалом люминофора, а цвет свечения зависит от материала люминофора. Временем послесвечения называется продолжительность свечения экрана трубки после прекращения облучения его электронным потоком. Время послесвечения условно делится на три группы: короткое, продолжительность которого не превышает 0,01 с, среднее — продолжительностью от 0,01 до 0,1 с и длительное — более 0,1 с.

Для возможности наблюдения быстро и непрерывно изменяющихся электрических процессов послесвечение экрана не должно быть длительным. При наблюдении же кратковременных процессов, повторяющихся через значительные промежутки времени, экран должен обладать достаточно большим послесвечением.

Обычно электронно-лучевая  трубка обозначается трехэлементным символом. Первый элемент — цифра, указывающая величину диаметра или диагонали рабочей части экрана в сантиметрах. Второй элемент — буквы ЛО для электронно-лучевых трубок с электростатическим управлением или буквы ЛМ для электронно-лучевых трубок с магнитным управлением. Третий элемент — цифра, указывающая порядковый номер типа прибора.

При длительной эксплуатации трубок в результате электронной бомбардировки экран постепенно выгорает. Катод трубки за счет бомбардировки ионами, образующимися при ионизации остаточных газов, с течением времени теряет свою эмиссию. Поэтому срок службы электронно-лучевой трубки ограничивается несколькими сотнями часов. Для сохранности трубки и увеличения срока ее службы необходимо по возможности пользоваться при работе всегда наименьшей яркостью изображения. Этим увеличивается долговечность трубки и улучшается ее фокусировка. Нельзя оставлять светящееся пятно на экране трубки длительное время неподвижным, так как даже при малой интенсивности свечения длительная бомбардировка экрана электронами приводит к выгоранию и снижению светоотдачи экрана.

Электронно-лучевая трубка обладает безынерционностью действия и потребляет при работе малую мощность. Электронно-лучевые трубки широко применяются в телевидении, радиолокации, измерительной технике, медицине и других областях науки и техники. В качестве примера рассмотрим электронный осциллограф, основным элементом которого является электронно-лучевая трубка. С помощью электронного осциллографа можно визуально наблюдать форму различных электрических колебаний, наблюдать и снимать резонансные характеристики контуров и усилителей, измерять коэффициент модуляции, частоту колебаний и производить ряд других наблюдений и измерений.

В электронных осциллографах  применяются электронно-лучевые  трубки с электростатическим отклонением. Простейшая схема электронного осциллографа изображена на рис. 17.

. На управляющий электрод С трубки подается отрицательное относительно катода напряжение, величина которого регулируется потенциометром R1. Изменяя величину этого напряжения, регулируют интенсивность или яркость светящегося пятна на экране трубки. Фо кусировка электронного луча производится изменением напряжения на первом аноде А1 с помощью потенциометра R2.

Исследуемое напряжение подается на вертикально отклоняющие пластины непосредственно или через специальный усилитель вертикального отклонения луча.

 

 

Рис. 17. Простейшая схема электронного осциллографа

 

Усилитель необходим в тех случаях, когда исследуемое напряжение подается на вертикально отклоняющие пластины непосредственно или через специальный усилитель вертикального отклонения луча. Усилитель необходим в тех случаях, когда исследуемое напряжение мало. Если исследуемое напряжение u_иссл будет переменным с периодом Т и амплитудой U_m и если на горизонтально отклоняющие пластины напряжение u_разв подаваться не будет, то светящееся пятно отклонится за один период вверх на величину амплитудного значения, затем возвратится к центру экрана и будет перемещаться вниз.

 

Рис.18 Изображение фигур  кратности на экране осциллографа

 

Длина вертикальной светящейся линии на экране, образованной электронным лучом, будет равна величине 2U_m (двойной амплитуде напряжения) в определенном масштабе, зависящем от чувствительности трубки (рис. 18, а). Когда переменное напряжение подводится только к горизонтально отклоняющим пластинам, то на экране трубки будет изображаться горизонтальная прямая линия (рис. 18, б).

Если к горизонтально и вертикально отклоняющим пластинам подвести одновременно два переменных напряжения, то в зависимости от амплитуды,  частоты и фазы этих напряжений электронный луч будет перемещаться по разным путям, изображая различные фигуры, которые носят название фигур Лиссажу (или фигур кратности). Если, например, эти переменные напряжения имеют одинаковую частоту, фазу и амплитуду, то электронный луч отклонится по результирующей прямой под углом 45° к плоскости отклоняющих пластин (рис. 18а). Если подводить переменные напряжения, отличающиеся по фазе и частоте, но имеющие" одинаковую амплитуду, то в зависимости от соотношения частоты и фазы фигуры кратности на экране трубки будут иметь форму, показанную на рис.18 г

Рис.19 Изображение осциллограммы  на экране трубки

 

 

Рис.20 Ждущая развертка

 

Осциллограф обладает ценным свойством:  он дает возможность наблюдать на экране,  а при необходимости и фотографировать форму кривой исследуемого напряжения; это изображение носит название осциллограммы. Для осциллографирования на горизонтально отклоняющие пластины следует подавать напряжение пилообразной формы, которое периодически и с постоянной скоростью перемещало бы электронный луч горизонтально от левого  до правого края экрана, а затем мгновенно возвращало бы его в начальное положение. При этом на экране будет видна светящаяся линия длина которой будет соответствовать определенному промежутку времени в определенном масштабе. Эта линия называется линией развертки, а пилообразное напряжение – напряжением развертки.

Исследуемое напряжение например переменное синусоидальное напряжение с периодом Т подается на вертикально отклоняющие пластины трубки При этом на экране трубки получим кривую изменения исследуемого напряжения. (Рис.19) Чтобы изображение на экране было неподвижным период напряжения развертки должен быть равен или в целое число раз больше чем период исследуемого напряжения. Если например период развертки будет в три раза больше чем период исследуемого напряжения то на экране будут видны три периода и.т.д. Это свойство позволяет использовать электронно-лучевую трубку в осциллографе для измерения частоты исследуемого напряжения.

Если  надлежит исследовать напряжение,  имеющее  импульсный характер, то обычная система развертки непригодна, поскольку период следования импульсов может во много раз превосходить длительность самого импульса и это приводит к тому, что за один период развертки импульс не может быть развернут и изобразится он на экране в виде вертикального штриха, судить о форме которого будет невозможно. Поэтому для исследования или наблюдения за напряжениями импульсной формы применяют так называемую ждущую развертку. Сущность ждущей развертки состоит в том, что пилообразное напряжение развертки синхронизируется с исследуемым импульсным напряжением. Это достигается тем, что генератор развертки запускается специальным импульсом, синхронизированным с исследуемым, либо непосредственно запускается самим исследуемым импульсом. После каждого запуска генератор вырабатывает один пилообразный импульс развертки, длительность которого немного больше длительности исследуемого импульса, так что временная развертка всякий раз будет в фазе с исследуемым напряжением (рис. 20).

 

Тема 1.5. Ионные приборы

Наряду с электронными   приборами  в судовых   радиоустановках  применяются приборы, ток в  которых протекает за счет электрического разряда в газах, находящихся внутри баллона. Такие приборы называются ионными или газоразрядными