Потенциалоскопы
Работа из раздела: «
Радиоэлектроника»
Потенциалоскопы («Запоминающие» трубки).
Принцип действия потенциалоскопов.
Потенциалоскопами, или «запоминающими» трубками, называются электронно-
лучевые приборы, предназначенные для накопления определённой информации и
её последующего воспроизведения. В основе действия разнообразных
потенциалоскопов лежит накопление электрических зарядов на поверхности
мишени — потенциалоносителя. Накопленный заряд распределяется по мишени в
соответствии с записываемой информацией, и затем это распределение
накопленного заряда снова преобразуется в выходной сигнал.
Таким образом, работа потенциалоскопа складывается из двух операций: 1)
запись информации, т. е. накопление заряда на поверхности мишени; 2)
считывание. Запись — это процесс создания на поверхности мишени длительно
сохраняющегося потенциального рельефа, соответствующего записываемой
информации. В результате второй операции потенциальный рельеф преобразуется
в выходной сигнал, дающий достаточно точные сведения о записанной
информации.
Кроме записи и считывания, в некоторых типах потенциалоскопах имеется
третья, вспомогательная операция — стирание, при которой уничтожается
потенциальный рельеф, что бывает необходимо для подготовки потенциалоскопа
к записи новой информации.
Информация, подлежащая записи, вводится в потенциалоскоп в виде
последовательности электрических импульсов или путём проектирования на
фоточувствительную мишень оптического изображения.
Точно так же считываемая информация обычно выводится из потенциалоскопа
в виде последовательности электрических импульсов. Иногда считываемая
информация преобразуется в видимое изображение, рассматриваемое на экране.
Время сохранения записанной информации может изменяться в широких
пределах — от долей секунды до нескольких часов и даже дней, а количество
считывания — от одного до десятков и сотен тысяч В некоторых случаях
записанная информация сохраняется достаточно длительное время благодаря
высокой изоляции мишени, в других трубках для увеличении времени сохранения
записанных сигналов применяется специальный электронный луч, фиксирующий
(«поддерживающий») потенциальный рельеф.
В большинстве случаев потенциалы скопы состоят из
мишени(потенциалоносителя), на поверхности которой создаётся потенциальный
рельеф, электронных прожекторов, создающих записывающий и считывающий
электронные лучи, и отклоняющих систем. В некоторых потенциалоскопах для
создания записывающего и считывающего лучей используется один прожектор.
Кроме этих основных элементов, потенциалоскопы имеют, как правило,
коллектор, собирающий электроны (вторичные электроны, фотоэлектроны,
электроны, отражённые от мишени), сетки для создания электрических полей
необходимой конфигурации и другие вспомогательные элементы, в том числе
проводящую подложку мишени, которую обычно называют сигнальной пластинкой ,
так как к ней может подводиться записываемый сигнал или с неё «сниматься»
считываемый сигнал.
Способы записи и считывания.
Существует несколько способов записи и считывания, но в большинстве
трубок с накоплением заряда запись и считывание осуществляются под
воздействием электронного пучка, развертываемого по поверхности мишени.
В общем случае мишень можно рассматривать как совокупность
изолированных накопительных элементов. Мишень представляет собой чаще всего
слой диэлектрика или же совокупность проводящих частиц, изолированных одна
от другой нанесённых на поверхность диэлектрика («мозаика»). Вторично-
эмиссионные свойства диэлектрика графически описываются кривой зависимости
коэффициента вторичной эмиссии от энергии падающих электронов. Коэффициент
вторичной эмиссии d=1 в двух точках: при e1=eUкр1 и e1=eUкр2; кроме того,
«кажущийся» коэффициент вторичной эмиссии стремится к 1 при e1®0.
При развёртки поверхности непроводящей мишени пучком электронов
потенциал её элементов может принимать различные равновесные значения в
зависимости от энергии электронов, бомбардирующих поверхность мишени. При
анализ работы потенциалоскопов необходимо учитывать, что потенциал
поверхности диэлектрика может существенно отличаться от потенциала
ускоряющего электрода электронного прожектора, создающего луч, падающий на
мишень. В этом случае истинная энергия электронов, достигающих мишени,
определяется не ускоряющим напряжением прожектора, а потенциалом элемента
мишени, облучаемого электронным пучком. Однако энергия электронов,
подлетающих к мишени, зависит от ускоряющего напряжения прожектора или
напряжения коллектора, если оно отличается от ускоряющего напряжения.
Коллектор устанавливается вблизи мишени для отбора вторичных
электронов, испускаемых мишенью. Роль коллектора часто выполняет кольцо
проводящего покрытия на стенках колбы в области мишени или специальная
сетка, расположенная перед мишенью.
Если потенциал ускоряющего электрода или коллектора ниже Uкр1 и d<1,
количество уходящих с мишени вторичных электронов меньше приносимых на
мишень электронным пучком. В этом случае на мишени накапливается
отрицательный потенциал и потенциал мишени понижается. Когда потенциал
мишени сравнивается с потенциалом катода прожектора, электроны перестанут
доходить до поверхности мишени — установится равновесное значение
потенциала поверхности мишени, равное нулю.
При ускоряющем напряжении, превышающем Uкр1, но меньше Uкр2, мишень
теряет больше вторичных электронов, чем получает первичных от электронного
пучка, т. е. Поверхность мишени начинает заряжаться положительно. Однако
значительного превышения потенциала мишени над потенциалом анода или
коллектора не происходит, так как на положительно заряженную мишень
возвращается часть вторичных электронов, что компенсирует положительный
заряд. Устанавливается равновесное значение потенциала, примерно равное
потенциалу анода прожектора или коллектора.
При Uа>Uкр2 мишень теряет меньше вторичных электронов, чем получает
первичных электронов из пучка, и потенциал поверхности мишени начинает
понижаться. Однако в этом случае снижение потенциала до нуля не происходит,
так как при достижении мишени потенциала, равного Uкр2, коэффициент
вторичной эмиссии становится равным 1, дальнейшее накопление заряда
прекращается и устанавливается равновесное значение потенциала мишени,
равное Uкр2.
Примерная зависимость потенциала изолированного элемента мишени от
энергии первичных электронов приведена на рис. 1. Из рисунка видно, что
возможно три различных значения равновесного потенциала: при Uа>Uкр1
равновесный потенциал равен нулю; при Uкр11. Прожектор обычно
строится по триодной схеме (катод – модулятор – анод), в качестве второй
линзы используется короткая магнитная катушка, помещенная на горловине
колбы. Отклонение луча может быть магнитным или электростатическим.
Мишень представляет собой слой диэлектрика, нанесенный на сигнальную
пластинку. На поверхности диэлектрика расположены фоточувствительные
частицы (миниатюрные фото катоды), электрически связанные между собой. Не
закрытая фото катодами поверхность диэлектрика является
потенциалоносителем.
При подготовке потенциалоскопа к записи (или стирании ранее записанной
информации) поверхность мишени развертывается немодулированным пучком с
достаточно большим током при ускоряющем напряжении, обеспечивающем величину
d>1. При этом потенциал сигнальной пластинки и соединенного с ней фото
катода равен потенциалу коллектора.
При записи ускоряющее напряжение повышается до значения, превышающего
второй критический потенциал, и к модулятору прожектора подводится
записываемый сигнал. Так как при этом d<1, потенциал мишени понижается, на
поверхности мишени создается отрицательный потенциальный рельеф, глубина
которого примерно пропорциональна току записывающего пучка. Таким образом,
трубка позволяет записывать полутона. Записанный сигнал при отсутствии
считывания и стирания в случае кварцевого потенциалоносителя и вакуума не
хуже 10-7 мм рт. ст. может сохраняться длительное время – до 30 дней.
Считывание происходит при освещении элементарных фото катодов внешним
источником света. При этом потенциал сигнальной пластинки устанавливается
отрицательным относительно коллектора . Электроны, испускаемые фото
катодами при освещении, ускоряются полем коллектора и фокусируются
однородным продольным магнитным полем, создаваемым длинной катушкой,
надетой на цилиндрическую часть колбы. Потенциальный рельеф действует
подобно управляющей сетке электронной лампы: электроны с фото катодов,
расположенных вблизи отрицательно заряженных элементов мишени, тормозятся и
не доходят до люминесцирующего экрана или доходят в меньшем количестве. Так
как однородное магнитное поле «переносит» электронное изображение с мишени
на экран, записанный сигнал воспроизводится на экране в виде изображения.
Очевидно, полярность выходного сигнала обратно полярности записываемого
сигнала, т. е. максимальной амплитуде входного сигнала соответствуют темные
места изображения. Трубка допускает передачу градаций «серого», так как при
неравновесной записи глубина потенциального рельефа может иметь любые
значения в пределах между двумя равновесными потенциалами , яркость
свечения экрана также может меняться в широких пределах в зависимости от
тока фотоэлектронов. Считывание может продолжаться в течение 10 – 15 мин,
затем изображение начинает заметно ухудшаться, главным образом вследствие
сглаживания потенциального рельефа положительными ионами, легко
образующимися при больших скоростях электронов.
Разновидностью трубок, преобразующих электрический сигнал в видимое
изображение, являются потенциалоскопы со знаковой индикацией. В этих
трубках используются равновесная запись и считывание сеточным управлением.
Особенностью их является наличие на пути записывающего электронного пучка
металлической пластинки – матрицы, придающей пучку поперечное сечение в
форме определенного знака. При падении такого «промоделированного» матрицей
электронного пучка на мишени, выполненной в виде сетки, покрытой слоем
диэлектрика, создается потенциальный рельеф, воспроизводящий записываемый
знак. При считывании луч считывающего прожектора проходит сквозь сетку-
мишень лишь в тех местах, где был записан сигнал, и, попадая на экран,
воспроизводит записанный знак.
Примером такой трубки служит тайпотрон, схема которого приведена на
рис. 3. В горловине трубки
помещается электронный прожектор, пластины выбора знака, направляющие луч
на соответствующее место матрицы а также компенсирующие и адресные
пластины. Компенсирующие пластины необходимы для направления электронного
пучка, прошедшего матрицу, вдоль оси трубки. Адресные пластины направляют
луч в необходимую область мишени. В области за матрицей до компенсирующих
пластин пучок фокусируется магнитной катушкой надетой на горловину трубки.
В широкой части колбы установлена мишень в виде мелкоструктурной сетки,
покрытой со стороны прожектора слоем диэлектрика. Дно колбы покрыто слоем
люминофора. Горловина, переходная область и широкая часть колбы имеют
отдельные проводящие покрытия с различными потенциалами. На одной из
адресных пластин укреплен считывающий прожектор, создающий широкий не
сфокусированный поток электронов, облучающих всю мишень.
При записи пучок из прожектора, оформленный матрицей в виде знака,
направляется адресными пластинами на выбранное место мишени. Энергия
электроном записывающего пучка должна быть достаточно большой, чтобы
обеспечить значение d>1. При этом на мишени образуется положительный
потенциальный рельеф вследствие ухода вторичных электронов.
При считывании медленные электроны считывающего пучка не проходят
сквозь сетку-мишень в тех местах, где не было записи информации. В тех же
местах, где написаны знаки, за счет более высокого потенциала мишени
электроны считывающего пучка попадают в ускоряющее поле и проходят сквозь
мишень. После ускорения в пространстве мишень – экран электроны, прошедшие
сквозь мишень, бомбардируют экран, вызывая свечение. Примерная картина,
наблюдаемая на экране тайпотрона, показана на рис. 4. Конструкция
тайпотрона сложна, и поэтому он пока не получил широкого распространения.
Московский Авиационный Институт
Потенциалоскопы
(«Запоминающие трубки»)
Студент Ульянов В. В.
Группа 04 – 216
Преподаватель Рыбин Ю. М.
1998 г.
Содержание:
1) Потенциалоскопы («Запоминающие» трубки);
— Принцип действия потенциалоскопов;
— Способы записи и считывания;
— Потенциалоскопы, преобразующие
электрический сигнал в видимое изображение;
2) Список используемой литературы;
Список используемой литературы:
1) Жигарёв А. А. «Электронно-лучевые трубки»;
2) Кноль М. «Электронно-лучевые трубки с накоплением зарядов»;
3) Супряга Н. П. «Электронно-лучевые трубки с накоплением зарядов»;
