КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ




МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

Электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра ЭПУ

 

Реферат

По дисциплине «ВиППиУ»

Тема: Осциллографические трубки: особенности конструкций, характеристики, элементы расчета, области применения

 

 

Студент гр. 4202   Александров И.В.
Преподаватель   Марцынюков С.А.

 

 

Санкт-Петербург


ЗАДАНИЕ

На реферат

Студент Александров И.В.
Группа 4202
Тема реферата: Осциллографические трубки: особенности конструкций, характеристики, элементы расчета, области применения  
Исходные данные: Данный реферат включает в себя особенности конструкций, характеристики, элементы расчета, области применения осциллографических трубок.
Предполагаемый объем реферата: Не менее 15 страниц
Дата выдачи задания: 03.09.2018
Дата сдачи реферата: 19.11.2018
Дата защиты реферата: 26.11.2018
 
Студент   Александров И.В.
Преподаватель   Марцынюков С.А.

Аннотация

Цель данного реферата заключается в описании особенностей конструкций, характеристиках, элементах расчета, областях применения осциллографических трубок. Реферат содержит 3 основных раздела, которые затрагивают эти темы: физические принципы работы, конструктивные особенности и основные параметры.

 

 

Summary

The purpose of this essay is to describe the features of structures, characteristics, elements of the calculation, the applications of oscillographic tubes. The abstract contains three main sections that affect these topics: physical principles of operation, design features and basic parameters.


 

содержание

 

ВВЕДЕНИЕ.. 5

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫРАБОТЫ... 6

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ.. 12

3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ... 14

заключение.. 17

список использованных источников.. 18

 

 

 


 

ВВЕДЕНИЕ

Электронно-лучевые трубки – это электровакуумные приборы, предназначенные для преобразования электрических сигналов в видимые (световые) изображения. Такие приборы находят широкое применение в телевизионном приеме, в радиолокации, в контрольно-измерительной технике и во многих других областях радиоэлектроники. Они основаны на создании пучка (луча) электронов с малым поперечным сечением и с относительно большой длиной (иногда десятки сантиметров) и на отклонении этого пучка с помощью электрического или магнитного поля.


 

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫРАБОТЫ

 

Осциллографические ЭЛТ предназначены для отображения на люминесцентном экране электрических сигналов. На вертикальную систему отклонения подается сигнал, пропорциональный исследуемому процессу (напряжению или току), на горизонтальную сигнал, меняющийся линейно во времени. В результате на экране высвечивается зависимость сигнала от времени. Изображение на экране служит не только для визуальной оценки формы сигнала, но и для измерения его параметров. Поэтому осциллографическую ЭЛТ надо рассматривать, как измерительный прибор, и именно этим определяются требования, предъявляемые к ЭЛТ.

Исследуемые сигналы могут иметь произвольную форму и широкий частотный спектр. Применение в этих условиях электромагнитного отклонения невозможно из-за очень больших мощностей, требуемых для отклонения, и поэтому в осциллографических ЭЛТ применяется электромагнитное отклонение.

Рисунок 1 – Электростатическая система отклонения

Электростатическая система отклонения состоит из двух пар отклоняющихся пластин (рис.1): вертикального отклонения, на которую подается исследуемый сигнал, и горизонтального отклонения, на которую подается пилообразное отклоняющее напряжение.

При подаче на пластины отклоняющего напряжения (симметрично относительно анода) отклонение электромагнитного пучка в плоскости экрана

 

где l – длина пластин; D – расстояние от центра отклонения пластин до экрана; – напряжение анода; d – расстояние между пластинами.

Из приведенного выражения следует, что отклонения пучка электронов линейно зависит от приложенного напряжения. Выражение (1) выведено в предположении, что за время пролета электронов в поле отклоняющихся пластин напряжение на пластинах остается постоянным. Для медленно меняющихся сигналов это условие выполняется.

Для медленно меняющихся сигналов синусоидальной формы чувствительность к отклонению отношение () начинает уменьшаться, при приближении периода синусы Т к времени пролета электронов в поле отклоняющихся пластин:

 

где e и m – соответственно заряд и масса электрона. При чувствительность к отклонению падает до нуля.

Реальные сигналы (например импульсные) представляют собой спектр, состоящий из гармоник с разными частотами колебаний. Если период колебаний для верхней границы спектра близок к ко времени пролета электронов или меньше его, то чувствительности к отклонению от разных гармоник отличаются друг от друга, вследствие чего искажается форма сигнала на экране ЭЛТ.

Увеличением анодного напряжения или уменьшением длины пластин, сокращается время пролета электронов, снижаются искажения, но при этом падает чувствительность к отклонению. Поэтому для осциллографирования очень коротких сигналов, частотный спектр которых превышает 100 МГЦ, отклоняющие системы делаются в виде линии бегущей волны, обычного спектрального типа. Сигнал подается на начало спирали и в виде электромагнитной волны движется вдоль оси системы с фазовой скоростью.

 


где с – скорость света; – шаг спирали; – длина витка спирали. Скорость пролета электронов выбирается равной фазовой скорости волны в направлении оси системы. Таким образом, исколючается влияние времени пролета электронов. Из формулы (1) следует, что для увеличения чувствительности к отклонению надо работать при низких напряжениях анода. Однако снижение анодного напряжения (которое подается и на экран ЭЛТ) уменьшает яркость изображения. Для разрешения этого противоречия разделяют область отклонения по напряжению и область люминесцентного экрана, применяя системы послеускорения.

Рисунок 2 – Системы послеускорения

а – с кольцевыми электродами; б – спирального типа;

в – с рассеивающей линзой;

Наиболее часто эти системы состоят из двух или трех электродов, расположенных между анодом и экраном (рис.2,а). Электроды обычно делаются в виде проводящего покрытия на внутренней поверхности стеклооболочки. Электронные линзы, образуемые между электродами системы послеускорения, обладают фокусирующим действием, и их применение несколько снижает чувствительность, но значительно меньше, чем простое увеличение анодного напряжения.

Фокусирующее действие системы послеускорения можно уменьшить, если крайние электроды (имеющие соответственно, потенциалы анода и экрана) соединить между собой резистивной спиралью, нанесенной на внутреннюю поверхность стеклооболочки (рис.2,б).

Одним из способов увеличения чувствительности к отклонению является применение системы послеускорения, образующей рассеивающую электронную линзу (рис.2,в) между выходным электродом анода, сделанным в виде мелкоструктурной сетки сферической формы, и электродом, имеющим потенциал экрана. Применение рассеивающей линзы позволяет увеличить чувствительность в несколько раз. Однако такая система имеет ряд существенных недостатков, ограничивающих её применение. Электроны, отраженные от прутков сетки и вторичноэвмисионные электроны с сетки создают паразитную засветку экрана. При относительно крупном шаге сетки поля, создаваемые ячейками, ухудшают фокусировку электронного пучка. Если же уменьшить шаг сетки, то из-за технологических ограничений увеличивается соотношение толщины прутка к шагу, что приводит к увеличению перехвата тока сеткой и снижению яркости.

Рисунок 3 – Схема микроканального усилителя яркости

В широкополосных ЭЛТ, предназначенных для работы в диапазоне порядка нескольких гигагерц, для увеличения яркости без потери чувствительности применяют усилители яркости. Усилитель представляет собой микроканальную пластину, расположенную перед люминесцентным экраном (рис.3). Пластина изготовлена из специального полупроводящего стекла с высоким коэффициентом вторичной эмиссии. Торцы пластины металлизированы. Электроны пучка, попадая в каналы, диаметр которых много меньше длины (равной толщине пластины), выбивают из его стенок вторичные электроны. Они ускоряются полем, создаваемым металлическим покрытием на торцах пластины и, попадая на стенки канала, выбивают новые электроны. При каждом соударении количество электронов увеличивается, и общий коэффициент усиления микроканального усилителя может достигать .

При оценке возможностей микроканальных усилителей необходимо учитывать, что высокие коэффициенты усиления получаются только для малых значений токов или для очень коротких длительностей сигнала с большой скважностью. При увеличении тока на входе усилителя рост выходного тока замедляется и затем наступает насыщение. Такое поведение тока связано с накоплением электрических зарядов на стенках каналов. Поэтому микроканальные усилители яркости применяются только в широкополосных ЭЛТ, предназначенных для осциллографирования импульсов наносекундного диапазона, однократных или следующих с малой частотой повторения.

Осциллографические ЭЛТ предназначены в основном для визуального наблюдения сигналов и измерения их параметров непосредственно на экране ЭЛТ. Для наблюдения редко повторяющихся и однократных сигналов применяются люминофоры с длительным послесвечением. Однако таким способом можно регистрировать относительно медленные сигналы. Однократные сигналы малой длительности наблюдать визуально практически невозможно, и для их регистрирования применяются фотографирование с экрана ЭЛТ. В ЭЛТ, предназначенных для фоторегистрации, применяются люиминофоры, спектр излучения которых согласован со спектральной чувствительностью фотопленки.

 


 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Конструктивные особенности осциллографических ЭЛТ связаны со спецификой электростатического отклонения. Поскольку допустимый угол отклонения для электростатических отклоняющих систем меньше, чем для магнитных, то осциллографические ЭЛТ длиннее индикаторных.

При увеличении частотного спектра исследуемого сигнала начинает сказываться паразитная индуктивность вводов отклоняющей системы. Поэтому только у ЭЛТ, предназначенных для осциллографирования низкочастотных сигналов, пластины выводятся на ножку. Для работы с более высокими частотами выводы пластин делаются сквозь стенку горолвины в непосредственной близости от пластин. В широкополосных ЭЛТ, работающих с сигналами гигагерцового диапазона, для уменьшения потерь мощности сигнала, подаваемого на отклоняющую систему, выводы делаются коаксиальными. Геометрия коакисальных вводов подбирается так, чтобы их волновое сопротивление соответствовало волновому сопротивлению спиральной отклоняющей системы.

Для измерения параметров сигнала, воспроизводимого на экране осциллографических ЭЛТ, отсчет должен производиться по шкале с делениями. При использовании старых типов осциллографических ЭЛТ шкала, нанесенная на тонкий диск, например, из плексигласа, просто прикладывалась к экрану ЭЛТ. Но точность отсчета при этом была невелика из-за параллакса, получающегося за счет толщины стекла экранной части стеклооболочки. Для исключения влияния параллакса в современных ЭЛТ шкала делается непосредственно на внутренней поверхности стекла экрана, т.к. практически совмещается с изображением сигнала.

При регистрации однократных сигналов с помощью фотообъективов значительная часть светового потока, создаваемого ЭЛТ, теряется и не доходит до фотопленки. Более полное использование светового потока модно было бы получить при контактном фотографировании, когда фотопленка прикладывается непосредственно к экрану ЭЛТ. Но из-за довольно большой толщины стекла экрана получить четкое изображение таким способом невозможно. Чтобы обеспечить возможность контактного фотографирования в ЭЛТ, предназначенных для фоторегистрации, экранная часть стеклооболочки делается в виде стекловолоконного диска, что позволяет переносить изображение с внутренней поверхности экрана на внешнюю. Расплывание изображения при этом ограничивается диаметром стекловолоконных нитей, который обычно не превышает 20 мкм.

 


 

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Основными параметрами осциллографических ЭЛТ являются яркость, ширина линии и чувствительность к отклонению, измеряемые традиционными методами.

Для трубок, предназначенных для фоторегистрации сигналов, основным параметром вместо яркости является максимальная скорость фотозаписи. Под максимальной скоростью фотозаписи понимается максимальная скорость перемещения светового пятна, создаваемого электронным пучком, на экране, при которой ещё возможно получить изображение на фотопленке с определенной степенью почернения. Практически скорость фотозаписипроверяют путем фотографирования с экрана в момент подачи на ЭЛТ однократного сигнала синусоидальной формы с известной частотой. Естественно, что максимальная скорость фотозаписи определяется не только свойствами ЭЛТ, но и чувствительностью фотопленки. Сравнивать ЭЛТ по максимальной скорости фотозаписи можно, только если применялась одинаковая фотоплкенка, обработанная по стандартной технологии. Если для разных ЭЛТ приводятся данные, относящиеся к разным фотопленкам, для грубой оценки можно считать, что максимальная скорость фотозаписи пропорциональна чувствительности фотопленки.

В справочниках часто кроме скорости фотозаписи приводится яркость ЭЛТ. Связано это с тем, что изменение скорости фотозаписи – процесс длительный и сложный, непригодный для оперативного контроля в производстве приборов. Поэтому находится корреляция между яркостью, замеренной в каком-либо условном режиме, и скоростью фотозаписи. Для оперативного контроля используется установленная таким путем норма на яркость.

Одним из параметров осциллографических ЭЛТ является чувствительность к отклонению светового пятна на экране ЭЛТ при подаче на пластины электрического сигнала. Для получения на экране неискаженного изображения сигнала необходимо, чтобы чувствительность к отклонению была одинакова для всего спектра частот данного сигнала. В низкочастотных ЭЛТ с отклоняющей системой пластинчатого типа чувствительность не зависит от частоты (до некоторого граничного значения) и измеряется только для постоянного напряжения. Подавая на одну из пар пластин пилообразное или синусоидальное напряжение, получают на экране линию. Подавая на другую пару пластин постоянное напряжение, смещают линию с середины экрана на периферию. По смещению линии и поданному напряжению рассчитывают чувствительность.

В широкополосных ЭЛТ измерение чувствительности проводят не только на постоянном напряжении, но и в диапазоне частот. Для этого на отклоняющую систему подается синусоидальный сигнал, частота которого изменяется в достаточно широком диапазоне. Для каждого значения частоты по амплитуде сигнала и отклонению пучка на экране определяется чувствительность. За рабочую полосу частот принимается полоса в которой чувствительность отклонения изменяется не более чем на некоторую заданную величину (около 3 дБ).

Необходимым условием неискаженного воспроизведения сигнала является линейность отклонения, т.к. независимость чувствительности отклонения от уровня сигнала. Для проверки линейности отклонения измеряют чувствительность при отклонении линии на небольшую величину (25% от половины экрана) и затем при отклонении линии на край экрана. За меру нелинейности отклонения принимается разница чувствительносткй, отнесенная к средней чувствительности и выраженная в процентах:

 

 

где – нелинейность отклонения; – чувствительность при отклонении на 25% от половины размера экрана; – чувствительность при отклонении на 100% от половины размера экрана.

На искажение формы исследуемого сигнала влияют геометрические искажения при отклонении. Они проявляются в искревлении линии при отклонении. За меру геометрических искажений принимается прогиб линии, отнесенный к отклонению, выраженный в процентах. Для ЭЛТ, имеющих внутреннюю шкалу, можно очень точно совместить линию или её часть с с границей внутренней шкалы. В этом случае измеряют не прогиб линии, а изменение напряжения отклонения, соответствующее этому прогибу, совмещая последовательно с границей шкалы наименее и наиболее удаленные от оси точки линии. Полученная величина относится к среднему значению отклоняющего напряжения и выражается в процентах. Оба определения геометрических искажений идентичны, так как отклонение на экране пропорционально с большой степенью точности отклоняющему напряжению.

 


заключение

Сегодня осциллографические трубки используются не так часто, однако они обладают высокой надежностью и сроком службы. Кроме того, осциллографы с трубками намного дешевле своих цифровых аналогов в ЖК дисплеями, а схемы управления такими трубками проще. Все эти факторы говорят о том, что осциллографические трубки могут использоваться в условиях, когда от прибора в первую очередь требуется дешевизна и надёжность.

 




Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2019-06-26 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: