Електронно-променева трубка

Електронно-променева трубка з системою вертикального і горизонтального відхилення, яка містить послідовно розташовані уздовж осі трубки емітер електронів з торцевою поверхнею, викона Винахід, що пропонується, відноситься до електронної техніки, а більш точно, до елементів конструкції електроннооптичних систем електронно-променевих трубок, зокрема, кінескопів чорнобілого і кольорового зображення Звичайно електронна пляма, зформована електроннооптичною системою (ЕОС) електроннопроменевої трубки (ЕПТ), має на люмінесцентному екрані круглу форму Однак у ряді випадків, зокрема, при створенні індексних кольорових кінескопів, потрібно одержання на люмінесцентному екрані електронної плями у вигляді штриха, вузького в напрямку горизонтальної розгортай Така форма електронної плями необхідна для того, щоб електронний промінь мав можливість по черзі опромінити три різні по кольору люмінофорні смуги в межах однієї люмінофорної тріади, що складається з цих смуг і захисних проміжків між ними і представляє собою одиничний елемент горизонтальної роздільної здатності індексного кінескопа Для того, щоб розмір цього елемента збігався з його розміром по вертикалі (що необхідно для одержання якісного зображення на екрані), електронний промінь по горизонталі повинен мати значно менші розміри, обумовлені шириною однієї люмінофорної смуги Досягається така форма електронної плями різними шляхами Відома конструкція електроннооптичної системи індексного кінескопа (А Окоши й ш Нова 30-дюймова індексна електронно ною у вигляді прямокутника, осі симетрії якого паралельні напрямкам вертикального і горизонтального відхилення, модулятор і прискорювальний електрод з апертурними отворами, систему фокусування і люмінесцентний екран, яка відрізняється тим, що апертурні отвори в модуляторі і прискорювальному електроді виконані аналогічно емітеру також у вигляді прямокутника, ширина якого дорівнює 0,2-1 мм, а довжина перевищує ширину від 1 до 8 разів, при цьому осі зазначеного прямокутника паралельні ВІДПОВІДНИМ ОСЯМ си метрії торцевої поверхні емітера, а розміри його сторін обрані меншими ВІДПОВІДНИХ розмірів емітера на величину, рівну подвоєному розміру робочої відстані між емітером і модулятором променева трубка, IEEE Transactions on Consumer Ehctromcs, Vol CE-27, № 3, August 1981, pp 433443 - аналог), у котрої штрихова форма електронної плями досягається за рахунок вирізування (діафрагмування) із загального потоку електронів, що генерується круглою торцевою поверхнею емітера (катода), тільки його вузької центральної частини, обумовленої прямокутним щілиновидним отвором розмірами 0,25 х 0,65мм, виконаному в прилеглому модуляторі При такому методі одержання штрихового променя має місце низька ефективність використання робочої поверхні емітера, тому що відбір емісійного струму відбувається тільки з вузької частини цієї поверхні Інша частина емітера генерує електрони даремно, тому що вони, не будучи пропущеними через вузький отвір модулятора, повертаються назад на емітер При цьому даремно витрачається велика частина потужності розігріву емітера Метод діафрагмування електронного потоку має ще один недолік - відбувається сильний перегрів модулятора тією частиною площі торцевої поверхні емітера, що виявляється перекритою плоским модулятором, розташованим від поверхні емітера на дуже малій відстані (порядку 0,1мм) Перегрів модулятора приводить до його коробления і порушення розрахункової робочої відстані між ним і емітером, що, у свою чергу, приводить до нестабільності електричних параметрів електронно-променевої трубки (змінюється її запірна напруга, що визначає режи О со го 00 о ю 50833 ми модуляції електронного променя ЗОВНІШНІМ сигналом) Крім того, сильно виражена нерівномірність навантаження на робочу поверхню емітера, що має місце в ВІДОМІЙ електронно-променевій трубці, скорочує термін служби катода і, отже, усього кінескопа в цілому Таким чином, чим більше співвідношення між довжиною і шириною електронного штриха необхідно одержати, тим з більшими труднощами доводиться зштовхуватися при практичній реалізації розглянутого технічного рішення Найбільш близькою до заявляємої по технічній суті й ефекту, що досягається, (прототипом) є електронно-променева трубка, захищена авторським свідоцтвом СРСР № 1322897, МІЖ 4 HOI J 29/46, пріоритет 04 01 1985 Електронно-променева трубка, ВІДПОВІДНО до цього винаходу, містить послідовно розташовані у вакуумному балоні емітер із торцевою поверхнею, виконаною у виді прямокутника, модулятор і прискорюючий електрод із круглими апертурними отворами, систему фокусування, систему відхилення у вертикальному і горизонтальному напрямках і люмінесцентний екран, при цьому осі симетрії торцевої поверхні емітера рівнобіжні напрямкам вертикального і горизонтального відхилення, а розміри цієї поверхні менше розмірів апертурного отвору в модуляторі Недоліком цього технічного рішення є те, що розміри торцевої поверхні емітера менше розмірів апертурного отвору модулятора Зазначений недолік виявляється в тому, що при великому токовідбору, тобто, при повному «відкриванню» променя зниженням напруги зміщення на модуляторі, крім електронів торцевої поверхні, починають брати участь у поповненні струму променя також і електрони, що генеруються бічними гранями емітера і характеризуються поперечним напрямком результуючого вектора початкових швидкостей (на відміну від осьового напрямку вектора початкових швидкостей електронів, що генеруються торцевою поверхнею емітера) Внаслідок вищесказаного, «бічні» електрони не фокусуются в тій крапці, де фокусуются «торцеві» (параксіальні) електрони, а створюють ореол навколо цієї крапки, тобто, навколо основного ядра фокусування променя Розміри ореола залежать від ступеня «відкривання» променя, тобто, від ступеня використання бічних поверхонь емітера для збільшення струму променя Ефект ореола, що описується, погіршує якість зображення, а саме знижує роздільну здатність, контрастність, і ЧІТКІСТЬ зображення на екрані електронно-променевої трубки При використанні даного технічного рішення в індексному кінескопі при великих рівнях яскравості буде спотворюватися також і передача кольору через засвічування вказаним ореолом суміжних колірних люмінофорних смуг Погіршується також якість генерації індексного сигналу, яка залежить від того, наскільки ширина електронного штриха на екрані більше ширини індексних смуг, нанесених на екран трубки для прив'язки електронного променя до тріад колірних люмінофорних смуг При розмірах торцевої поверхні емітера менших ніж розміри апертурного отвору модулятора, як прийнято у прототипі, виникає різкий градієнт електричного поля на гострих краях переходу від торцевої поверхні емітера до бічної Це сильно спотворює прикатодну імерсійну лінзу (зростає її сферична аберація), утворену між торцевою поверхнею емітера, що має форму прямокутника, і площиною модулятора, що має круглий отвір Внаслідок викривлення прикатодного електричного поля наступає додаткове погіршення якості фокусування електронної плями на люмінофорному екрані відомої електронно-променевої трубки, причому розмивається вже основне ядро фокусування електронного променя по ширині штриха (через збільшення коефіцієнта сферичної аберації прикатодної імерсійної лінзи з зазначеної вище причини) Наступним недоліком відомого технічного рішення є низька чутливість модуляції інтенсивності електронного променя через те, що емітер, який має прямокутну форму, досить далеко відстоїть від края модуляційного отвору, що має круглу форму Особливо сильно чутливість модуляції падає в центральній зоні эмиттера, найбільш віддаленої від країв отвору в модуляторі Тому при запиранні променя у відомому технічному рішенні спочатку будуть запиратися краї емітера більш близькі до модулятора, а потім його центральна частина Це викличе нерівномірність яскравості електронного штриха уздовж його довжини на люмінесцентному екрані трубки при модуляції ЗОВНІШНІМ сигналом Ще одним недоліком технічного рішення, що описується, є неможливість сформувати електронний штрих з великим відношенням довжини до ширини, що необхідно для індексних кінескопів Це пояснюється тим, що круглий апертурний отвір модулятора має фокусуючу дію як у поперечному відносно сформованого електронного штриха напрямку, так і в подовжньому, «стискаючи» його по довжині замість того, щоб «розтягувати» Збільшувати ж заздалегідь довжину торцевої поверхні емітера не має сенсу тому, що це спричинить, ВІДПОВІДНО до відмітної ознаки відомого рішення, пропорційне збільшення діаметра апертурного отвору в модуляторі, що, як відомо, приведе до втрати модуляційної чутливості системи емітермодулятор, тобто, для керування інтенсивністю електронного променя будуть потрібні великі рівні модулюючих напруг Зазначені недоліки відомого об'єкта ускладнюють рішення завдання створення електроннопроменевої трубки з чіткою штриховою електронною плямою на екрані В основу винаходу, що пропонується, покладене завдання створення конструкції електроннопроменевої трубки, що забезпечує одержання на екрані вузької електронної плями штрихової форми з великим відношенням довжини до ширини, необхідним, зокрема, для індексних кольорових кінескопів Поставлене завдання досягається тим, що в електронно-променевій трубці із системою вертикального і горизонтального відхилення, що містить послідовно розташовані уздовж осі трубки емітер електронів із торцевою поверхнею, виконаною у вигляді прямокутника, ВІСІ симетрії якого рівнобіжні напрямкам вертикального і горизонтального відхилення, модулятор і прискорюючий електрод з 50833 апертурними отворами, систему фокусування і люмінесцентний екран, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, апертурні отвори в модуляторі і прискорюючому електроді виконані аналогічно емітеру також у вигляді прямокутника, ширина якого дорівнює 0,2 1мм, а довжина перевищує ширину в 1-8 разів, при цьому ВІСІ симетрії зазначеного прямокутника рівнобіжні ВІДПОВІДНИМ осям симетрії торцевої поверхні емітера, а розміри його сторін обрані меншими ВІДПОВІДНИХ розмірів емітера на величину, рівну подвоєному розміру робочої відстані між емітером і модулятором ВІДМІТНОЮ рисою технічного рішення, що заявляється, є те, що форма і розміри апертурних отворів у модуляторі і прискорюючому електроді практично збігаються з формою і розмірами торцевої поверхні емітера (емітер тільки незначно перекриває периметр отвору в модуляторі) Завдяки цьому новому технічному рішенню конструкція електронно-променевої трубки, що заявляється, позбавлена недоліків аналога і прототипу, описаних вище Так, у запропонованому технічному рішенні, завдяки подібності форми і практичному збігу розмірів торцевої поверхні емітера й апертурного отвору модулятора, досягається висока ефективність використання площі катода, що емітує По цій же причині відсутні перегрів модулятора і, отже, його коробления (розпечений емітер практично весь знаходиться над отвором модулятора і тому не розігріває його) У запропонованій конструкції електроннопроменевої трубки завдяки тому, що емітер практично повторює форму і розміри апертурного отвору в модуляторі, забезпечується висока рівномірність емісійного навантаження на робочу поверхню емітера (через відсутність ненавантажених ділянок емітера, із котрих немає відбору емісійного струму), що збільшує термін служби емітера, бо відпадає необхідність здійснювати перевантаження робочих ділянок емітера за рахунок неробочих У запропонованій конструкції електроннопроменевої трубки при максимальному струмі променя емісія електронів із бічних граней емітера, на відміну від прототипу, знаходиться в режимі запирання (завдяки перекриванню країв емітера модулятором), внаслідок чого ореол навколо сфокусованої електронної плями на екрані відсутній Фізично це обумовлено тим, що модулятор трубки, який має розміри свого апертурного отвору декілька менші, ніж розміри емітера і негативний щодо нього потенціал, придушує своїм полем емісію електронів з бічних граней емітера Завдяки пропусканню тільки параксіальних електронів, випромінюваних торцевою поверхнею емітера, у технічному рішенні, що заявляється, досягається чітке (безореольне) фокусування штрихової електронної плями в площині люмінесцентного екрана Підвищенню ЧІТКОСТІ фокусування електронного променя у рішенні, що заявляється, сприяє також і те, що в МІСЦІ відбору струму з емітера, електричне поле імерсійної лінзи не спотворюється, як у прототипі, завдяки тому, що торцева поверхня емітера простирається за межі периметра модуляційного отвору, причому, на відстань, рівну розміру робочої відстані між модулятором і емітером, тобто, саме на розмір зони дії відомого з фізики крайового ефекту поля конденсатора, що проявляється в викривленні поля на кінцях його обкладинок, утворених в нашому випадку робочими поверхнями емітера і модулятора Цією обставиною обумовлений у винаході, що заявляється, вибір розміру перекриття торцевої поверхні емітера периметром апертурного отвору модулятора (із кожного боку емітера на розмір, рівний відстані між емітером і модулятором), бо більша, ніж обрана, ступінь перекриття нічого не дає для подальшого поліпшення фокусування, а тільки приводить до появи відомого в аналогах недоліку - перегріву модулятора за рахунок збільшення площі його перекриття розпеченим емітером Ще одна перевага технічного рішення, що заявляється, перед прототипом полягає в тому, що запропоноване рішення дозволяє практично реалізувати як завгодно велике відношення довжини прямокутного торця емітера до його ширини, тобто одержати вузький і одночасно видовжений електронний штрих без втрати модуляційної чутливості системи модулятор - емітер, яка мала місце в прототипі через велике віддалення кромки модуляційного отвору від торця емітера (висока модуляційна чутливість пропонуємо! конфігурації модулятор емітер визначається малим значенням ширини прямокутного апертурного отвору модулятора і близькістю його до емітера) Вибір нижньої межі ширини прямокутного отвору в модуляторі, рівного 0,2мм, обумовлений у технічному рішенні, що заявляється, тим, що поле прискорюючого електрода при подальшому звуженні щілини в модуляторі вже не може проникнути до поверхні емітера для відбору з неї електронів, тому що глибина його проникнення дорівнює сумі товщини модулятора і розміру зазора між ним і емітером, мінімально граничні практичні значення кожного з яких близькі до 0,1 мм Вибір верхньої межі ширини прямокутного отвору в модуляторі, рівної 1мм, обумовлений обмеженнями, що накладаються на розмір допустимої потужності розігріву емітера в електроннопроменевій трубці, при якій ще не наступають термічні деформації елементів конструкції трубки (ВІДПОВІДНО ДО запропонованого винаходу, розмір емітера зв'язаний з розміром прямокутного отвору модулятора, практично повторюючи його) Нижня межа перевищення довжини прямокутного отвору модулятора над його шириною, рівна 1, відповідає випадку, коли необхідно сформувати електронну пляму з однаковими розмірами по вертикалі і горизонталі, наприклад, для чорно-білого кінескопа, звичайного масочного трьохпроменевого кольорового кінескопа й інших трубок Верхня межа перевищення довжини прямокутного отвору модулятора над його шириною, рівна 8, відповідає випадку, коли необхідно сформувати штрихову електронну пляму для індексного кінескопа, у якому, як уже згадувалося вище, для створення одного елемента роздільної здатності по горизонталі електронний промінь повинен пройти три колірні й одну індексну люмінофорні смуги, після кожної з яких є захисна смуга (проміжок), рівна по ширині люмінофорній смузі, що в підсумку складає 8 субелементів Кожний із цих 50833 субелементів електронний промінь повинен проходити роздільно, щоб забезпечити вірність передачі кольору зображення і надійність генерації індексних керуючих сигналів Цим обумовлена необхідність застосування штрихового електронного променя зі співвідношенням сторін 1 8 в індексних кінескопах У звичайних кінескопах може використовуватися штриховий промінь із проміжними значеннями співвідношення його розмірів у залежності від необхідного розміру елементів роздільної здатності по горизонталі Фіг 1 - на малюнку схематично зображена електронно-променева трубка, що заявляється, із цифровими позначеннями її складових елементів Фіг 2 - на малюнку в аксонометрії показані розташування і форма основних елементів електроннооптичної системи електронно-променевої трубки що заявляється, - емітера, модулятора і прискорюючого електрода На фіг 1 схематично зображена електроннопроменева трубка, що заявляється, яка містить колбу 1, усередині котрої уздовж осі трубки послідовно розташовані емітер електронів 2, модулятор З і прискорюючий електрод 4 з апертурними отворами, система фокусування 5, що складається з одного або декількох електродів, і люмінесцентний екран 6 На горловині трубки є система 7 вертикального і горизонтального відхилення електромагнітного типу Емітер 2 виконаний у вигляді прямої чотиригранної призми з плоскою торцевою поверхнею у вигляді прямокутника, осі симетрії якого рівнобіжні напрямками 8 і 9 вертикального і горизонтального відхилення системи 7, причому велика вісь прямокутника збігається з напрямком вертикального відхилення 8 (фіг 2) Матеріал емітера - переважно штерметалічний сплав з високою емісійною здатністю і ДОВГОВІЧНІСТЮ, а також можливістю прецизійної механічної обробки Апертурні отвори в модуляторі 3 і прискорюючому електроді 4 виконані аналогічно емітеру 2 також у вигляді прямокутника, осі симетрії якого рівнобіжні ВІДПОВІДНИМ осям симетрії торцевої поверхні емітера, а розміри сторін менше ВІДПОВІДНИХ розмірів торця емітера на величину, рівну удвоенному розміру робочої відстані між емітером і модулятором Ширина прямокутного отвору в модуляторі 3 і прискорюючому електроді 4 дорівнює 0,2 - 1мм, а довжина перевищує ширину в 1-8 разів (у залежності від конкретного завдання, розв'язуваного електронно-променевою трубкою) Нагрітий емітер 2 утворює навколо себе електронну хмару, утримувану поблизу поверхні емітера за рахунок негативного потенціалу модулятора З Електричне поле прискорюючого електрода 4, що знаходиться під позитивним відносно емітера потенціалом, проникає через отвір модулятора З до торцевої поверхні емітера, розташованої навпроти цього отвору, і «витягує» електрони з приповерхневої електронної хмари в напрямку прискорюючого електрода 4 КІЛЬКІСТЬ «витягнутих» із хмари електронів, що визначає струм електронного променя, залежить від потенціалу гальмуючого 8 (запірного) електрода, яким є модулятор 3 Імерсійна фокусуюча лінза, утворена площиною торця емітера і площинами модулятора і прискорюючого електрода, формує витягнутий з електронної хмари потік електронів в кроссовер у вигляді вузького електронного штриха, після якого електронний потік у вигляді розбіжного в одній площині електронного променя під дією сильного поля системи фокусування 5 й анода електронно-променевої трубки направляється на люмінесцентний екран 6 На шляху до екрана розбіжний електронний промінь стискується системою фокусування 5 у штрихову електронну пляму в площині екрана 6 і відхиляється по ньому системою 7 вертикального і горизонтального відхилення, створюючи світний растр на всій поверхні екрана Керуючи потенціалом запирання променя (гальмуючим полем модулятора щодо емітера), домагаються візуального відображення керуючого сигналу на екрані ЕПТ У випадку, якщо електронно-променевою трубкою є кінескоп, на його екрані відображаються кадри зображення Конкретним прикладом реалізації винаходу, що заявляється, є індексний кольоровий кінескоп, у якому для відображення кольору в кадрі зображення немає необхідності використовувати 3 електронних променя, як у звичайному кольоровому кінескопі, а обходяться одним променем, що відрізняється по формі від звичайного круглого Колірна інформація в пропонованній електронно-променевій трубці, виконаної конкретно у вигляді індексного кінескопа, передається за допомогою послідовного вибіркового опромінення вузьким штриховим електронним променем колірних люмінофорних смуг Перерозподіляючи інтенсивність опромінення між трьома колірними люмінофорними смугами в межах однієї тріади, домагаються вірності передачі колірної інформації на екрані ЕПТ ВІДПОВІДНО ДО кольору зображення, що передається Завдяки ВІДМІТНИМ ознакам пропонованої ЕПТ на екрані індексного кінескопа збільшується чистота передачі кольору (через те, що вузький електронний штрих, позбавлений ореола, засвічує у кожний даний момент свою колірну люмінофорну смугу, не впливаючи при цьому на сусідні) При цьому, у залежності від числа колірних люмінофорних смуг, їхнього кроку розміщення в тріаді, наявності і ширини індексних смуг на екрані ЕПТ, що заявляється, запропоноване технічне рішення дозволяє легко реалізувати необхідну форму штрихового променя шляхом вибору ВІДПОВІДНОГО співвідношення між шириною і довжиною прямокутного отвору в модуляторі електроннопроменевої трубки, що дуже важко в прототипі, де використовується круглий отвір у модуляторі Зазначені позитивні якості, отримані від введення нових ВІДМІТНИХ ознак у конструкцію електронно-променевої трубки, дозволяють вирішити завдання створення придатної для промислового впровадження конструкції однопроменевого індексного кінескопа з високою чистотою передачі кольорового зображення 50833 Фіг 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 10