Дисплеи на электростатических ЭЛТ

ЭЛТ с электростатическим управлением (с электростатической фокусировкой и отклонением луча) особенно широко применяют в осциллографах. Устройство и принцип действия электростатической ЭЛТ показаны на рис. 4.

Баллон трубки имеет цилиндрическую форму с расширением в виде конуса или цилиндра большего диаметра. На внутреннюю поверхность основания расширенной части трубки нанесен люминесцентный экран (ЛЭ) – слой вещества способного излучать свет под ударами электронов. Внутри трубки расположены электроды, имеющие выводы, как правило, на штырьки цоколя трубки.

Катод К обычно бывает оксидный косвенного накала в виде цилиндра с подогревателем. Вывод катода иногда совмещен с одним из выводов подогревателя. Оксидный слой нанесен на донышке катода. Вокруг катода располагаются управляющий электрод, называемый модулятором (М), цилиндрической формы с отверстием в донышке. Этот электрод служит для управления плотностью электронного потока и для его предварительной фокусировки. На модулятор подается отрицательное напряжение (обычно десятки вольт). С увеличением этого напряжения все больше электронов возвращается на катод. При некотором отрицательном напряжении модулятора трубка запирается.

Следующие электроды также цилиндрической формы являются анодами. Их всего два. На втором аноде (А₂) напряжение бывает от 500 В до нескольких кВ, иногда до 10 – 20 кВ относительно катода. Второй анод обычно соединен с корпусом. На первом аноде (А₁) напряжение в несколько раз меньше. Внутри анодов перегородки с отверстиями – диафрагмы. Под действием ускоряющего поля анодов электроны приобретают значительную скорость. Окончательная фокусировка электронного потока осуществляется с помощью неоднородного электрического поля в пространстве между анодами, а также благодаря диафрагмам. Более сложные фокусирующие системы содержат большее число цилиндров.

Система, состоящая из катода, модулятора и анодов, называется электронной пушкой (электронным прожектором) и служит для создания электронного луча – тонкого потока электронов, летящих с большой скоростью от второго анода к люминесцентному экрану. На пути электронного луча поставлены под прямым углом друг к другу две пары отклоняющих пластин П_y и П_х. Одна из пластин каждой пары обычно соединена с корпусом аппарата. Напряжение, подведенное к пластинам, создает электрическое поле, отклоняющее электронный луч в сторону положительно заряженной пластины. Поле пластин является для электронов поперечным. В таком поле электроны движутся по параболическим траекториям, а выйдя из него, продолжают прямолинейное движение под заданным этим полем углом. Чем больше напряжение на пластинах, тем сильнее отклоняется луч, тем больше смещается на люминесцентном экране светящееся, так называемое электронное пятно, возникающее от ударов электронов.

Свечение атомов люминофора объясняется возбуждением его атомов при попадании на экран электронного луча. При возбуждении атома один из его электронов на некоторое время переходит на более высокую энергетическую орбиту. При возвращении на свою орбиту этот электрон выделяет квант лучистой энергии (фотон), в результате чего наблюдается свечение экрана.

Электроны, попадающие на экран, могут зарядить его отрицательно и создать тормозящее поле, уменьшающее их скорость. От этого уменьшается интенсивность свечения экрана. Поэтому отрицательный заряд с экрана необходимо снимать. Для этих целей на внутреннюю поверхность баллона наносится проводящий слой, называемый аквадагом. Аквадаг соединен со вторым анодом. Вторичные электроны, выбиваемые из экрана ударами первичных электронов, летят к проводящему слою. После ухода вторичных электронов потенциал экрана оказывается близким к потенциалу проводящего слоя. В некоторых трубках имеется вывод от проводящего слоя (ПС на рис.), который можно использовать в качестве дополнительного анода с более высоким напряжением.

Магнитные ЭЛТ.

Магнитные ЭЛТ, т.е. ЭЛТ с магнитной фокусировкой и отклонением луча получили распространение в трубках с высоким анодным потенциалом, необходимым для получения большой яркости свечения экрана, в частности в телевизионных приемных трубках – кинескопах. Магнитная отклоняющая система более инерционна, чем электростатическая и не позволяет перемещать луч с частотой выше 10 – 20 кГц. Поэтому в осциллографах ЭЛТ с магнитным управлением не применяются.

Условное графическое обозначение магнитной ЭЛТ изображено на рис. 5. Электронный прожектор в магнитных ЭЛТ имеет катод, модулятор и анод. Вместо второго анода, имеемого в электростатических ЭЛТ, в магнитных ЭЛТ применяют короткую фокусирующую катушку с током (ФК), надеваемую на горловину трубки вблизи первого анода. Неоднородное магнитное поле фокусирующей катушки, воздействуя на электроны, исполняет роль второго анода электростатических ЭЛТ.

Отклоняющая система в трубке с магнитным управлением выполняется в виде двух пар отклоняющих катушек (L_x, L_y), также размещаемых на горловине трубки между фокусирующей катушкой и экраном. Магнитные поля двух пар катушек взаимно перпендикулярны. Это позволяет управлять положением электронного луча при изменении тока в катушках.

Иногда анодом является проводящий слой. В некоторых трубках между анодом и управляющим электродом есть экранирующий электрод, на который подается постоянное положительное напряжение в несколько сотен вольт. Питание прожектора осуществляется так же как и в электростатической ЭЛТ, но при этом не требуется регулировки анодного напряжения для целей фокусировки.

Принцип действия ЭЛТ с магнитным управлением заключается в следующем. Расходящийся поток электронов подается из прожектора в магнитное поле фокусирующей катушки (ФК), которая питается постоянным током. Для усиления действия фокусирующую катушку помещают в экран или панцирь из мягкой стали. Тогда магнитная индукция возрастает.

Для магнитного отклонения электронного луча применяют две пары отклоняющих катушек (L_y, L_x), расположенных под прямым углом друг к другу. Катушка L_x отклоняет луч по горизонтали, катушка L_y – по вертикали. Для уменьшения магнитного рассеяния катушки помещают в ферромагнитный экран.

Далее поток попадает в нужное место экрана, где и вызывает свечение. Возможна магнитная фокусировка длинной или короткой катушкой.

Дисплеи на светоизлучающих диодах.

Принцип работы таких дисплеев рассмотрен выше. Они, как правило, имеют небольшие размеры (несколько сантиметров) и низкое (не более 5 В) напряжение питания.

Дисплеи на газоразрядных элементах.

Дисплеи на газоразрядных элементах (плазменные дисплеи) имеют две взаимно перпендикулярные системы электродов в виде проводящих полос. Между электродами инертный газ (неон, ксенон или смесь газов). Такие системы называют иногда газоразрядными индикаторными панелями. Дисплеи с электродами в виде полос могут иметь различное число электродов, например 512 горизонтальных и столько же вертикальных. Разрешающая способность характеризуется числом линий на 1 мМ (обычно 2-3 линии). Возможно также применение точечных электродов. Неон дает оранжевое свечение. Иногда на подложку, на которой расположены электроды, наносят люминофор, дающий свечение другого цвета. Питание таких дисплеев можно осуществлять постоянным или переменным током.

Электролюминесцентные дисплеи.

Электролюминесцентные дисплеи составлены из электролюминесцентных индикаторов.

Рассмотрим основные типы светомодулирующих дисплеев.

Жидкокристаллические дисплеи.

Жидкокристаллические дисплеи потребляют малую мощность, дают хорошую видимость изображения даже при высоком уровне внешней освещенности, имеют низкую стоимость, бывают малого и большого размера.

Электрохромные дисплеи.

Электрохромные дисплеи основаны на использовании электрохромного эффекта, который заключается в том, что некоторые вещества под воздействием электрического поля или при прохождении электротока изменяют свой цвет. В качестве электрохромного вещества чаще всего применяют триоксид вольфрама, WO₃. Его пленка под напряжением приобретает синий цвет. Для этого требуется напряжение порядка 0.5 – 1.5 В. при смене полярности напряжения прелнка приобретает исходный цвет. Эти дисплеи потребляют небольшую мощность и обладают «памятью», сохраняя изображение несколько минут или даже часов. Их недостатки – небольшой срок службы.

Электрофорезные дисплеи.

Электрофорезные дисплеи основаны на явлении электрофореза, который состоит в том, что под действием электрического поля в жидкости передвигаются взвешенные частицы (например, частицы пигмента окрашенной жидкости), притягиваясь к какому-либо электроду или отталкиваясь от него, в зависимости от знака потенциала. Напряжение для ЭФД составляет десятки вольт. Срок службы может достигать десятков тысяч часов.