Методи та засоби відображення інформації
Реферат
ГОУ ВПО Магнітогорський державний технічний університет ім. Г. І. Носова
Магнітогорськ 2008
Методи відображення інформації
Електронно-променеві індикатори
Електронно-променеві індикатори, або, як їх частіше називають, електронно-променеві трубки (ЕПТ), є найбільш поширеним і важливим пристроєм в техніці відображення інформації. Робота ЕПТ заснована на створенні керованого сфокусованого пучка електронів, що впливає на покритий люмінофорним речовиною екран і що викликає світіння окремих його ділянок.
Монохромні ЕПТ. На рис. 1 наведено схематичне зображення монохромної електронно-променевої трубки з електростатичним фокусуванням і електромагнітним відхиленням променя. Сама трубка являє собою вузький скляний циліндр. Усередині циліндра вбудований набір електродів, складових електронно-оптичну систему, на поверхні циліндра розташована пара відхиляють котушок ОК. Вакуумний простір усередині трубки, по якому поширюється пучок електронів, може бути поділене на три ділянки. Перша ділянка включає в себе катод К, покритий оксидної плівкою і випромінюючий електрони при підвищенні його температури за допомогою окремого нагрівача. Електрони еміттіруєт з катода, коли їх енергія перевищує роботу виходу з верхніх енергетичних рівнів атома: ця енергія залежить як від матеріалу катода, так і від його температури. Звільняючись, електрони мають деяку початкову швидкість (см/с), визначувану за відомою формулою кінетичної теорії газів:
,
де - Постійна Больцмана, Т - абсолютна температура, К; т - маса електрона.
Розташований поблизу катода керуючий електрод-модулятор М має потенціал негативний щодо катода, тому через нього пролітають лише електрони, що попадають в отвір. Цим створюється як би точкове джерело електронів. Керуючи потенціалом на модуляторі, можна регулювати інтенсивність пучка.
Електрони, потрапляють в кінці свого шляху на внутрішню поверхню екрана Е з люмінофорним покриттям, повинні володіти достатньою енергією для порушення люмінофора. Крім того, світиться пляма має бути можливо меншого розміру, щоб забезпечити гарну роздільну здатність зображення. Це вимагає відповідної фокусування променя і його прискорення, що забезпечується декількома електродами, які мають певні потенціали відносно катода. В основі дії цих електродів закладені принципи електронної оптики.
Електронний промінь, що проходить в середовищі з деяким потенціалом під кутом, потрапляючи на межу середовища з потенціалом, змінює свій напрямок, поширюючись далі під кутом. Таким чином відбувається заломлення електронного променя, яке підпорядковується рівнянню, аналогічного рівнянню світловий оптики:
,
де - Електронний аналог показника заломлення середовища.
З допомогою певної конфігурації електродів і підбору їх потенціалів можна здійснювати різні електронно-оптичні ефекти: фокусування променя, розсіювання, відбиття і т. д. Всю систему електродів на першій ділянці ЕПТ, забезпечує формування і посилення променя, іноді називають електронної гарматою.
На другій ділянці кінескопа розташована відхиляє. Дія відхиляючої системи полягає в направленому зміні прямолінійного шляху електронів. Для відхилення пучка електронів може використовуватися як електростатичне полі, так і магнітне. Для створення електростатичного поля всередині трубки встановлюються дві пари електродів, що відхиляють промінь у взаємно перпендикулярних напрямках. Напруги на відхиляючих електродах повинні бути дуже високими, причому тим вище, чим більше швидкість руху електронів, тобто яскравість плями.
При методі електромагнітного відхилення на невеликій ділянці електронного пучка прикладається магнітне поле, що розпочинається двома парами котушок, встановлюваних зовні трубки. Одна пара котушок ОК зверху і знизу трубки відхиляє промінь в горизонтальному напрямку, інша пара з боків трубки (на рис. 1 не показана) відхиляє промінь у вертикальному напрямку. Електрон, потрапляє в магнітне поле, починає рухатися по дузі і покидає ділянку відхилення під деяким кутом до напрямку початкового руху. Відзначимо, однак, що електромагнітні відхиляючі системи забезпечують обмежену швидкість зміни напрямку променя. В основному це пов'язано з реактивними параметрами котушок.
Екран ЕПТ покритий шаром люмінофора. На ньому створюється зображення з необхідною яскравістю, часом післясвітіння і кольором. Причиною світіння є передача енергії від прискорених електронів променя електронам, пов'язаним з кристалом люмінофора, в внаслідок чого останні переходять у збуджений стан. При їх повернення в нормальний стан надлишкова енергія виділяється у вигляді світла. Цей фізичний ефект називають катодного люмінесценцією. Люмінофори зазвичай складаються з суміші солей кальцію, кадмію, цинку і деяких інших елементів. Найбільш широке застосування знайшли сульфідні люмінофори. Найбільш широке поширення в монохромних трубках отримали білий і зелений кольори. Час післясвічення екрану, тобто час, необхідний для спадания яскравості світіння від номінальною до первісної після припинення дії електронного променя, також залежить від складу вхідних в люмінофор компонентів і може знаходитися в діапазоні від декількох мікросекунд до десятків секунд.
Іншим важливим фізичним явищем, яке повинно враховуватися при використанні ЕПТ, є вторинна електронна емісія. Вона полягає в випусканні вторинних електронів з матеріалу люмінофора при впливі на нього пучка первинних електронів. У міру збільшення інтенсивності пучка кількість еміттірованних вторинних електронів зростає, і при певному рівні енергії світіння люмінофора не збільшується. Таким чином, існує поріг максимальної яскравості світлової плями на екрані, вище якого вона не змінюється зі збільшенням потенціалу ускоряющего електрода. Для відводу вторинних електронів на внутрішню поверхня конуса трубки наносять шар графіту, що знаходиться під позитивним потенціалом.
Кольорові ЕПТ. В ЕПТ з тіньовою маскою застосовується метод диафрагмирования електронного променя. Маска поміщена між трьома електронними гарматами і трибарвним люмінофором екрану. Вона перешкоджає попаданню кожного променя на ділянки люмінофора НЕ відповідного йому кольору.
На рис. 3 схематично показано розташування маски і екрану в кольоровій ЕПТ з так званим компланарність розташуванням гармат. Кожна з них оуществляет генерацію, фокусування і прискорення променя. Всередині трубки гармати зорієнтовані таким чином, що їх промені, розповсюджуючись в одній площині під деяким кутом один до одного і проходячи через будь-яке з отворів у масці, потрапляють кожен на смужку люмінофора тільки певного кольору. Кольорові плями, порушувані променем, завдяки близькому розташуванню, сприймаються оком як одна пляма деякого похідного кольору. Цей колір залежить від пропорцій основних кольорів і може бути будь-яким в області видимого спектру. Пропорції можна міняти, керуючи напругою модулятора.
Рис. 3. Розташування електродів маски і екрану в кольоровій ЕПТ з компланарність розташуванням гармат (К, 3, С - червоний, зелений, синій)
Кольорові ЕПТ значно складніше у виготовленні, ніж монохромні. Вони вимагають дуже точної установки елементів в процесі виробництва. Роздільна здатність кольорових ЕПТ обмежена кількістю отворів у масці.
Складність конструкції трехпушечних ЕПТ привела до пошуків інших методів реалізації кольорових зображень на екрані. Найбільшу популярність тут отримали два типи трубок, так звані Тринітрон і елмітрон. В ЕПТ типу В«ТринітронВ» всі електронні промені генеруються за допомогою однієї гармати. Вона має три незалежних катода і модулятора. У Тринітрон також використовується щілинна маска, проте вдається отримати зображення більшої яскравості. В обох з описаних типах трубок гранична розд...
