Электроннолучевые приборы

Электроннолучевые приборы  (ЭЛП), класс электровакуумных электронных  приборов, предназначенных для различного рода преобразований информации, представленной в форме электрических или световых сигналов; отличительная особенность таких приборов — использование потока электронов, сконцентрированных (сфокусированных) в узкий пучок (электронный луч), управляемый как по интенсивности, так и по положению в пространстве. В простейшем случае (рис. 1) пучок формируется электронной пушкой; управляется по интенсивности изменением потенциала управляющего электрода (модулятора); отклоняется в двух взаимноперпендикулярных направлениях с помощью поперечных по отношению к оси ЭЛП электрических или магнитных полей, создаваемых отклоняющими пластинами или внешними по отношению к ЭЛП магнитными катушками; направляется в ту или иную точку двумерной мишени. Взаимодействие пучка с мишенью обеспечивает преобразование сигналов в зависимости от свойств и структуры мишени.

Рис. 1. Схема простейшего электроннолучевого прибора: 1 — электронный луч (пучок электронов); 2 — электронная пушка; 3 — отклоняющие пластины; 4 — мишень; 5 — вакуумплотная оболочка; К — катод (источник электронов); М — управляющий электрод (модулятор).

  Если мишень  ЭЛП представляет собой люминесцентный  экран, изготовленный из люминофоров (светящихся при бомбардировке их электронами), то такой ЭЛП способен преобразовывать временные последовательности электрических сигналов в двумерное распределение яркости свечения экрана, т. е. визуализировать электрические сигналы. Возможны 2 способа такой визуализации. При 1-м способе отображаемые электрические сигналы поступают на отклоняющие пластины или катушки и управляют положением пучка на экране; в результате на экране создаётся графическое изображение сигналов. Например, если к горизонтально отклоняющим пластинам приложить линейно изменяющееся напряжение, отклоняющее луч в горизонтальном направлении с постоянной скоростью, а на пластины вертикального отклонения подать изучаемый переменный электрический сигнал, то на экране вычерчивается осциллограмма этого сигнала в прямоугольной системе координат. ЭЛП, предназначенные для реализации такого режима, называютсяосциллографическими электроннолучевыми трубками. Если управлять положением луча одновременно по двум направлениям (горизонтальному и вертикальному) специально сформированными сигналами, то можно получать на экране чертежи, цифры, буквы и иные символы, несущие соответствующую информацию. Такие ЭЛП используются, в частности, в отображения информации устройствах. Разновидность ЭЛП для отображения знаков — знакопечатающие электроннолучевые трубки. При 2-м способе электронный луч перемещается по поверхности экрана по определённому закону; в процессе отклонения (развёртки) входной сигнал поступает на управляющий электрод, изменяет интенсивность луча и, следовательно, яркость свечения различных точек экрана, создавая на нём полутоновое изображение, соответствующее последовательности электрических сигналов. На этом принципе основано действие таких ЭЛП, как кинескоп (преобразует телевизионный сигнал в телевизионное изображение), индикаторная электроннолучевая трубка (применяется, например, для создания радиолокационного изображения). 

 Если в качестве мишени  использовать светочувствительный  слой, изменяющий свои электрические  свойства (например, электропроводность) под действием света, то ЭЛП с такими мишенями способны осуществлять обратное преобразование двумерного оптического изображения в последовательность телевизионных сигналов. При проецировании на такую мишень передаваемого изображения происходят локальные изменения потенциала поверхности слоя, что приводит к изменению тока, протекающего через слой, в процессесканирования мишени электронным лучом постоянной интенсивности по принятому в телевидении закону развёртки. Эти изменения тока во времени и представляют собой телевизионный сигнал. ЭЛП, предназначенные для такого преобразования, называются передающими телевизионными трубками.  

Существуют ЭЛП, в которых управляемый по интенсивности входным сигналом пучок изменяет какое-либо оптическое свойство мишени, что в процессе отклонения луча приводит к локальным изменениям (модуляции) светового потока от интенсивного внешнего источника света, равномерно освещающего поверхность мишени (рис. 2). Промодулированный световой поток создаёт оптическое изображение, проецируемое с помощью объектива на большой экран (см., например, Проекционное телевидение). Такие ЭЛП называются светоклапанными; в них для модуляции света посредством воздействия электронов на вещество используют эффекты окрашивания некоторых кристаллов (см.Скиатрон), деформацию масляных, термопластических или иных плёнок, электрооптические эффекты в кристаллах и др.

Рис. 2. Схематическое изображение  светоклапанного электроннолучевого прибора: 1 - электронный луч; 2 - источник света с оптической системой; 3 - электронная  пушка; 4 - отклоняющие катушки; 5 - мишень; 6 - объектив; 7 - проекционный экран.

Существуют ЭЛП с мишенями, представляющими  собой диэлектрический слой на электропроводящей  подложке. С помощью электронного луча на такой мишени можно накапливать  электрические заряды. Последовательность входных электрических сигналов преобразуется в процессе развёртки  в зарядный (потенциальный) рельеф на мишени, который сохраняется в  течение необходимого промежутка времени. Этот процесс называется записью  сигналов. Закодированная таким способом информация может быть снова воспроизведена в форме выходных электрических  сигналов при повторном сканировании мишени тем же или другим электронным  лучом. Этот обратный процесс называется считыванием. Изменение скорости развёртки  при считывании по отношению к  скорости при записи позволяет изменить частотный спектр выходных сигналов по сравнению с входными при передаче информации по узкополосным каналам связи. Изменением закона развёртки при считывании можно изменять порядок следования сигналов, что важно, например, при преобразовании радиолокационного сигнала в телевизионный. Многократное накопление перед считыванием периодических сигналов, сопровождаемых случайными сигналами (помехами), позволяет увеличить отношение полезного сигнала к помехе. ЭЛП с такими мишенями позволяют также напоминать сигналы и воспроизводить их с задержкой во времени, сравнивать их с последующими сигналами или многократно воспроизводить однократно записанный сигнал. ЭЛП с диэлектрическими мишенями получили название запоминающих электроннолучевых трубок. Возможно сочетание диэлектрических мишеней с люминесцентным экраном в одном ЭЛП для создания запоминаемого видимого изображения (см. Потенциалоскоп). Такие ЭЛП используются для осциллографирования однократных процессов, создания яркого немерцающего изображения и других целей.  

 Особую группу составляют  ЭЛП для мгновенного преобразования  электрических сигналов с помощью  металлических мишеней различной  структуры. В принадлежащих к этой группе т. н. функциональных ЭЛП плоская мишень имеет множество отверстий, расположенных таким образом, что прозрачность мишени является заданной функцией z = f (x, у) координат х и у мишени. При подаче на обе пары отклоняющих пластин двух независимых электрических сигналов U_x и U_y, под действием которых луч отклоняется на мишени в точку с координатами х и у, в цепи расположенного за мишенью коллектора прошедших сквозь мишень электронов регистрируется выходной сигнал z. Каждый тип функциональных ЭЛП предназначен для реализации какой-либо одной функциональной зависимости (например,  ;  , z = arctg y/x и др.). Возможно последовательное соединение нескольких функциональных ЭЛП. С помощью металлической мишени с расположенными по особому закону прямоугольными отверстиями можно преобразовывать аналоговый сигнал в дискретный в форме последовательной или параллельной серии импульсов двоичного кода. ЭЛП с такими мишенями называются кодирующими (см.Кодирующее устройство). Если мишень разделить на ряд изолированных друг от друга секторов, то ЭЛП с такой мишенью можно использовать в качестве коммутатора слаботочных электрических цепей (см. Электроннолучевой переключатель).  

В зависимости от назначения и принципа действия ЭЛП могут иметь не одну, а несколько электронных пушек  и отличаться от простейших значительной конструктивной сложностью при сохранении, однако, основного принципа — взаимодействия управляемых электронных потоков  с мишенями.