Електронна гармата

Електронна гармата у складі електронно-променевої трубки

Електронна гармата - пристрій, за допомогою якого отримують пучок електронів із заданою кінетичної енергією і заданої конфігурації. Найчастіше використовується в кинескопах та інших електронно-променевих трубках, а також у різних приладах таких як електронні мікроскопи і прискорювачі заряджених частинок.

Робота електронної гармати можлива тільки в умовах глибокої вакууму, щоб пучок електронів не розсіюється при зіткненні з молекулами атмосферних газів.


1. Пристрій

Електронна гармата складається з катода, керуючого електрода (модулятора), прискорюючого електроду, і одного і більше анодів. За наявності двох і більше анодів, за першим анодом закріплюється термін фокусуючий електрод.

1.1. Катод

Катод створює потік електронів, які виходять з його нагрітої поверхні внаслідок термоелектронної емісії. В електронних гарматах, застосовуваних у сучасних ЕПТ, використовується оксидний катод непрямого напруження. Він забезпечує достатню емісію при відносно невисокій температурі 780-820 С. При такій температурі катод має достатню довговічність, і для його підігріву потрібна невелика потужність. Катод і підігрівач утворюють катодно-підігрівний вузол (КПУ).

КПУ являє собою порожню гільзу з плоским дном. На зовнішню поверхню дна гільзи завдано оксидний шар, а всередині гільзи розташований підігрівач у вигляді спіралі з дроту з високим питомим опором. Ланцюг підігрівача електрично ізольована від катода.

Оксидний шар являє собою кристали твердого розчину оксидів лужноземельних металів - барію, кальцію і стронцію ( BaO, CaO, SrO). Він остаточно формується в процесі термовакуумной обробки ЕЛТ. У процесі відкачування, при досягненні необхідного рівня вакууму, катод прогрівається за допомогою зовнішнього індуктора, а потім і звичайним шляхом, за допомогою підігрівача, працюючого у форсованому режимі. В результаті у вихідних речовинах, нанесених на поверхню катода, протікають хімічні реакції і виділяються гази. Цей процес називають активацією і тренуванням катода. У свою чергу, неправильний температурний режим у процесі експлуатації (харчування підігрівача підвищеним або зниженим напругою), а також погіршення вакууму, веде до деструктивних механічним і хімічним процесам в оксидному шарі катода, що прискорює настання відмови електронної гармати через втрату емісії (неможливості отримати необхідний струм катода). Максимальний струм катода, який повинна забезпечувати електронна гармата, вживана в кинескопах, становить порядку 200-300 мкА.


1.2. Модулятор

Модулятор являє собою циліндричний стакан, що накриває катод. У центрі його дна мається калібрований отвір, який називається несуча діафрагма. З її допомогою починається формування потрібної товщини електронного пучка. Модулятор ближче всіх інших електродів розташований до катода (відстань між оксидної поверхнею катода і отвором модулятора становить 0,08-0,20 0,01 мм), тому його потенціал найбільш значно впливає на струм електронного променя, звідси і його назва.

Призначення і дія модулятора подібно призначенням і дії керуючої сітки в електронній лампі. Залежність струму електронного променя від потенціалу модулятора називається модуляційної характеристикою електронної гармати. На модуляторе в кожен момент часу повинен бути негативний потенціал щодо катода. Його постійна складова задає постійну складову струму електронної гармати і отже, яскравість світіння екрана ЕПТ. Якщо абсолютне значення негативного потенціалу на модуляторе буде перевищувати величину замикаючої напруги, струм електронного променя буде дорівнює нулю.

Модулюючий напруга (наприклад, напруга відеосигналу) повинно змінювати різниця потенціалів між катодом і модулятором. У сучасних телевізорах і моніторах на модуляторах присутній потенціал, близький до нуля (модулятори або безпосередньо з'єднані із загальним проводом пристрою, або на них подаються гасять імпульси кадрової і рядкової розгортки негативної полярності), а напруга відеосигналу позитивної полярності, що знімається з відеопідсилювача, подається на катод . Від його розмаху (десятки вольт) залежить контрастність зображення, а від постійної складової - яскравість.


1.3. Прискорює електрод

Прискорює електрод являє собою порожнистий циліндр, розташований на осі електронної гармати. На нього подається позитивний потенціал у кілька сотень вольт, він розташовується між модулятором і фокусирующим електродом, і виконує кілька функцій:

  • повідомляє електронам початкову швидкість в межах електронної гармати;
  • між пришвидшує електродом і анодом утворюється додаткова електростатична лінза, зменшує кут розбіжності пучка перед входом в головну лінзу, яку утворюють аноди;
  • екранує прикатодной простір від поля анода (діє подібно екранній сітці в електронній лампі), внаслідок чого коливання анодного напруги не позначаються на струмі пучка і не призводять до коливань яскравості світіння екрана ЕПТ;

У кольорових кінескопах регулюванням прискорює напруги домагаються максимально можливої ​​ідентичності модуляційних характеристик трьох електронних гармат, що необхідно для забезпечення балансу білого.


1.4. Аноди

Конструкція анодів аналогічна конструкції прискорюючого електроду. Циліндр другого анода має вихідну діафрагму. Вона пропускає електрони, траєкторія яких має мале відхилення від осі електронної гармати. Високі позитивні потенціали, прикладені до анодам, надають пролітають крізь них електронам необхідну швидкість. У ЕПТ з електростатичним фокусуванням променя фокусуючий електрод і анод утворюють головну електростатичну лінзу, яка фокусує електронний пучок на екран. Фокусна відстань цієї лінзи залежить від їх геометрії, відстані між ними і співвідношення їх потенціалів. Воно регулюється шляхом зміни потенціалу на фокусуючому електроді для досягнення максимально різкого зображення. Потенціал фокусирующего електрода кольорових кінескопів становить приблизно 6-8 кВ, чорно-білих кінескопів і осцилографічних трубок - близько 1 кВ. Потенціал другого анода кольорових кінескопів становить 25-30 кВ, чорно-білих - 8-16 кВ, осцилографічних трубок - 1-2 кВ.


2. Електронні гармати з великим струмом променя

2.1. З пришвидшує електродом поблизу катода

У деяких випадках, коли потрібно знімати з катода великі струми, застосовується інший принцип побудови прикатодной частини гармати. Перед катодом розташовується прискорює електрод, що має позитивний потенціал у кілька вольт, далі - керуючий електрод, що має більш високий потенціал. В результаті, для формування пучка використовуються електрони, іспущенние з усієї активної поверхні катода, а не тільки з центральною області навпроти діафрагми модулятора, як у звичайній гарматі. Управління струмом променя здійснюється зміною позитивного потенціалу на керуючому електроді, що відіграє роль модулятора. При цьому в ланцюзі керуючого електрода протікає струм, що не перевищує 100 мкА.


2.2. З магнітної фокусуванням променя

Електронна гармата з магнітною фокусуванням променя складається з катода, модулятора, прискорюючого електрода і анода, що фокусує електрод відсутня. Головна фокусуються лінза створюється магнітним полем аксіально-симетричної котушки, що одягається на горловину ЕЛТ. Точна фокусування електронного пучка здійснюється регулюванням постійного струму фокусує котушки. Така гармата забезпечує більший струм пучка в порівнянні з гарматою, що має електростатичну фокусування. Це пов'язано з тим, що її анод не має діафрагми, і для формування пучка використовується весь струм катода, а не його частина, як у гарматах з електростатичним фокусуванням (0,1-0,5).

Іншою перевагою магнітної фокусування є менший розмір електронного плями на екрані. Це пов'язано з великим діаметром фокусує котушки в порівнянні з діаметром електродів електростатичного лінзи. Чим більше відношення діаметра електронної лінзи (котушки або електрода) до діаметру пучка, що проходить через лінзу, тим вище якість фокусування.


Література

  • Вуколов Н. І., Гербін А. І., Котовщіков Г. С. Приймальні електронно-променеві трубки: Довідник. - М .: Радіо і зв'язок, 1993.