Dispositivos de haz de electrones ( ELD ), también tubos catódicos ( tubos de rayos catódicos en inglés ) o tubos de rayos catódicos ( abreviatura - CRT ): una clase de dispositivos electrónicos de electrovacío que utilizan un flujo de electrones formado en forma de un solo haz (haz) o varios haces controlados tanto por la intensidad (corriente del haz) como por la posición del haz en el espacio, y estos haces interactúan con el objetivo estacionario (pantalla) del dispositivo [1] [2] [3] .
El alcance principal de ELP es la conversión de información óptica en señales eléctricas, por ejemplo, en tubos de transmisión de televisión y la conversión inversa de una señal eléctrica en una óptica, por ejemplo, en una imagen de televisión visible [3] .
La clase de dispositivos de rayos catódicos tampoco incluye los tubos de rayos X que utilizan haces de electrones, fotocélulas de vacío , fotomultiplicadores , dispositivos de descarga de gas (por ejemplo, decatrones ) y lámparas electrónicas amplificadoras de recepción ( tetrodos de haz , indicadores fluorescentes de vacío eléctricos, lámparas con emisión de electrones secundarios, etc.).
En 1859, J. Plücker , investigando una descarga eléctrica en gases enrarecidos, descubrió los rayos catódicos .
En 1879, W. Crookes descubrió que en ausencia de campos eléctricos y magnéticos externos, los rayos catódicos se propagan en línea recta y descubrió que pueden ser desviados por un campo magnético . En experimentos con un tubo de descarga de gas que creó, descubrió que, al caer sobre algunas sustancias cristalinas, más tarde llamadas catodoluminóforos , los rayos catódicos provocan su brillo visible.
En 1897, D. Thomson descubrió que los rayos catódicos son desviados por un campo eléctrico, midió la relación de carga a masa de partículas de rayos catódicos. El descubrimiento del electrón como partícula elemental pertenece a E. Wiechert [4] [5] y J. J. Thomson , quienes en 1897 establecieron que la relación carga-masa de los rayos catódicos no depende del material del cátodo. El término "electrón" como el nombre de la unidad fundamental indivisible de carga en electroquímica fue propuesto [6] por J. J. Stoney en 1894 (la unidad de carga elemental misma fue introducida por él en 1874).
En 1897, Karl F. Brown , basándose en el tubo de W. Crookes, diseñó el primer tubo catódico, o de rayos catódicos, que propuso utilizar como dispositivo indicador en el estudio de las oscilaciones electromagnéticas . Antes de 1906, el tubo de rayos catódicos solo se usaba en osciloscopios .
Desde 1902, B. L. Rosing trabajó con el tubo de Brown en experimentos de reproducción de imágenes. Tras la publicación de sus patentes en 1907-1911, aparecieron otros autores sobre el uso de un haz de electrones para crear televisión [7] [8] .
Los dispositivos transmisores de rayos catódicos convierten la imagen óptica en una señal eléctrica.
Los dispositivos receptores de rayos catódicos convierten una señal eléctrica en una imagen óptica (visible):
Dispositivos de rayos catódicos sin imagen visible
De acuerdo con el método de enfocar y desviar el haz, los CRT se dividen en:
Todos los dispositivos de haz de electrones constan de cuatro partes principales:
Esta es la clase más extensa y ampliamente utilizada de ELP: cinescopios , tubos de osciloscopio , varios indicadores. Se diferencian en el tipo de pantalla, el método de desviación y enfoque, forma, tamaño, etc.
Para la observación visual de los procesos, la pantalla del dispositivo desde el interior del matraz se cubre con fósforo, una sustancia que puede brillar durante el bombardeo de electrones. El brillo del brillo del fósforo depende de la velocidad de los electrones, la densidad superficial de la corriente de electrones y las propiedades del fósforo.
color brillanteHay pantallas monocromáticas y multicolores. Las pantallas monocromáticas tienen un cierto color de brillo: verde, azul, amarillo, rojo o blanco. En las pantallas de varios colores, el color del resplandor depende de la dirección o intensidad de los haces de electrones y el color se controla electrónicamente. Un ejemplo bien conocido de pantallas multicolores son los cinescopios a color.
La composición química del fósforo determina el color y la duración del brillo de la pantalla. Para la observación visual en pantallas monocromáticas se utilizan fósforos de color verde resplandor, para los cuales la sensibilidad del ojo humano es máxima. Las sustancias con luminiscencia verde incluyen willemita (silicato de zinc), sulfuro de zinc o una mezcla de sulfuros de zinc y cadmio .
Para los procesos de fotografía se utilizan fósforos que dan un brillo azul y violeta, por lo que la sensibilidad de la emulsión fotográfica del material fotográfico es máxima. Estos son volframatos - bario y cadmio [14] .
Hay pantallas con fósforo de dos capas, cuyas capas tienen un color de brillo y un tiempo de brillo diferentes, esto le permite elegir el color deseado usando filtros de luz [14] .
Las pantallas con fósforo de dos capas también se utilizan en indicadores con un resplandor prolongado. La capa interna tiene un resplandor azul y es excitada por un haz de electrones, la capa externa, aplicada al vidrio del matraz, tiene un largo (varios segundos) resplandor verde amarillento y fosforece por excitación por la luz azul del primer fósforo . capa.
En los cinescopios de color, se aplica a la pantalla un mosaico de manchas o franjas de fósforos con diferentes colores de brillo, los haces de electrones de varios focos iluminan el fósforo a través de una máscara que asegura que solo incide el haz de electrones del proyector "de su propio color". las zonas de fósforo.
Duración del resplandorDurante el bombardeo de electrones de un fósforo, se observan tanto luminiscencia , es decir, brillan en el momento del impacto, como fosforescencia . El fenómeno de la fosforescencia en un CRT se llama "resplandor residual": después de que se detiene la excitación del fósforo por el haz de electrones, continúa brillando durante algún tiempo con una atenuación gradual del brillo del resplandor. El tiempo de resplandor residual de un fósforo es el período de tiempo durante el cual el brillo del resplandor disminuye en cierta cantidad, generalmente un 90 %, en comparación con el valor máximo cuando se excita inicialmente con un haz de electrones.
De acuerdo con la duración de la posluminiscencia, los fósforos se clasifican en:
El silicato de zinc tiene un resplandor relativamente corto para observar procesos comunes en la ingeniería de radio, mientras que el sulfuro de zinc o el sulfuro de zinc y cadmio se utilizan para observar procesos más lentos [14] .
Las pantallas con un resplandor prolongado generalmente se usan en los indicadores de radar, ya que el período de cambio de imagen en los indicadores de radar puede alcanzar decenas de segundos o más y está relacionado con la velocidad de rotación del sistema de antena.
Las características de algunos tipos de pantallas se dan en la tabla [15] .
| tipo de pantalla | Revestimiento | resplandor | resplandor crepuscular | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Color | Característica espectral máxima, nm | Color | Característica espectral máxima, nm | tiempo de resplandor | ||
| PERO | Capa única, estructura fina | Azul | 450 | — | — | Un corto |
| B | Capa única, estructura fina | Blanco | 460 y 570 420 y 580 |
— | — | Corto Medio |
| A | Estructura rugosa de dos capas | Blanco | 440 y 560 | Amarillo | 560 | largo |
| GRAMO | Evaporación al vacío sin estructura | Violeta | 560 (absorción) | Violeta | 560 (absorción) | Muy largo |
| D | Capa única, estructura fina | Azul | 440 y 520 | Verde | 520 | largo |
| mi | Consta de dos tipos de bandas alternas | naranja azul | 595
440 y 520 |
naranja verde | 595 520 |
prolongado prolongado |
| Y | Capa única, estructura fina | Verde | 520 | — | — | Promedio |
| A | Estructura rugosa de dos capas | Rosado | 440 y 600 | Naranja | 600 | largo |
| L | Capa única, estructura fina | morado azulado | 400 | — | — | Muy corto |
| METRO | Capa única, estructura fina | Azul | 465 | — | — | Un corto |
| PAGS | Capa única, estructura fina | Rojo | 630 | — | _ | Promedio |
| DE | Estructura de grano fino de una sola capa | Naranja | 590 | Naranja | 590 | largo |
| T | una sola capa | verde amarillento | 555.5 | — | — | Muy corto |
| A | Granulado fino, estructura fina | verde claro | 530 | — | — | Un corto |
| C | Mosaico, puntos de tres fósforos | azul verde rojo |
450 520 640 |
— — — |
— — — |
Corto Medio Medio |
Algunas sustancias, que no son luminóforos en sí mismas, tienen la propiedad de cambiar sus propiedades ópticas bajo la acción del bombardeo de electrones. Los CRT especiales ( skiatrones ) utilizan escotóforo como material de pantalla . Como escotóforo en tales CRT, se utiliza una capa finamente cristalina de un haluro de metal alcalino , por ejemplo, cloruro de potasio, una pantalla de tipo G. Se deposita una capa de cloruro de potasio sobre la pantalla mediante pulverización catódica en vacío. Después de la deposición sobre el sustrato (la pared de un cilindro CRT o una placa de mica ), se forma una fina película blanca sin estructura. En lugares expuestos al haz de electrones, la sal adquiere un color púrpura oscuro que dura muchas horas. La decoloración del color lila del cloruro de potasio se lleva a cabo calentando el sustrato a una temperatura de 300-350 °C.
En otro tipo de pantallas, se aprovecha la propiedad de una fina película de aceite depositada sobre un sustrato de deformarse cuando partes de su superficie son cargadas localmente por un haz de electrones. En este caso, los rayos de luz de una fuente externa se refractan en las irregularidades de la película de aceite y se desvían en diferentes direcciones. La carga desigual de la superficie de la película persiste durante mucho tiempo. La nivelación de la carga superficial y la nivelación de las irregularidades debidas a las fuerzas de tensión superficial se lleva a cabo mediante un amplio haz de electrones de borrado. Estas pantallas se utilizaron en sistemas ópticos de proyección de tipo eidóforo .
Los CRT de este tipo se usan comúnmente en osciloscopios electrónicos y otros instrumentos de medición de radio, como analizadores de espectro panorámico .
Dispositivo de tubo de rayos catódicos de deflexión electrostáticaTRC consta de:
Consta de: cátodo (4), electrodo de control (3), primer (5) y segundo (6) ánodos.
Para mover el punto de luz a través de la pantalla, entre el segundo ánodo y la pantalla hay un sistema deflector que consta de dos pares de placas perpendiculares entre sí. Entre las placas de deflexión horizontal (9) se crea un campo eléctrico con un vector de intensidad orientado horizontalmente, cuando se les aplica tensión, el haz se desvía en el plano horizontal hacia la placa de mayor potencial. Si se aplica un voltaje que cambia periódicamente a las placas, entonces el haz de luz se moverá a través de la pantalla en diferentes direcciones, dejando un rastro en la pantalla en forma de línea horizontal. Las placas de desviación verticales (8) crean un campo eléctrico con un vector de fuerza dirigido verticalmente y mueven el haz hacia arriba y hacia abajo en la pantalla.
Si se aplican simultáneamente diferentes voltajes a ambos pares de placas, entonces el haz dibujará una línea en la pantalla, cuya forma depende de los cambios de voltaje en las placas del sistema deflector [16] .
Los cinescopios están diseñados para su uso en televisores, y anteriormente eran parte integral de cualquier televisor, ahora en los televisores se reemplazan casi por completo por dispositivos de visualización (pantallas) con otros principios de funcionamiento.
Las siguientes son las empresas de fabricación de ELP más grandes (en orden alfabético) a finales del siglo XX.[ significado del hecho? ] [17] :
| dispositivos de haz de electrones | ||
|---|---|---|
| Transmisores | tubo de crookes | |
| Alentar | ||
| recordando | ||
| Microscopio electrónico | ||
| Otro |
| |
| Partes principales |
| |
| Conceptos | ||