М.Х. Джонс - Электроника практический курс, страница 11

трическое поле с силовыми линиями, искривленными так, чтобы все электроны луча сходились в одном месте на экране. Разность потенциалов между анодами А, и А, подбирается с помощью регулятора фокуса таким образом, чтобы получить на экране четко сфокусированное пятно. Эту конструкшлю из двух анодов можно рассматривать как электронную линзу. Подобным образом можно создать магнитную линзу, приложив магнитное поле; в некоторых ЭЛТ фокусировка осуществляется именно так.

С большим эффектом этот принцип используется также в электронном микроскопе, где может быть применена комбинация электронных линз, обеспечивающая очень большое увеличение с разрешающей способностью, в тысячу раз лучшей, чем у оптического микроскопа. После анодов электронный луч в ЭЛТ проходит между отклоняющими пластинами, к которым можно прикладывать напряжения для отклонения луча в вертикальном направлении в случае пластин У и в горизонтальном направлении в случае пластин Х После отклоняющей системы луч попадает на люминесцентный экран, то есть на поверхность, покрытую люл(пнофоролд На первый взгляд, электронам некуда деваться после того как они ударяются об экран, и можно подумать, что отрицательный заряд на нем будет расти. В действительности этого не происходит, так как энергии электронов в луче достаточно, чтобы вызвать «брызги» вторичных электронов из экрана.

Эти вторичные электроны собираются затем проводящим покрытием на стенках трубки. На самом деле с экрана обычно уходит так много заряла, что на нем самом возникает положительный по отношению ко второму аноду потенциал в несколько вольт. 60 Электронные лампы и электронно-лучевая трубка Электростатическое отклонение является стандартом для большинства осциллографов, но это неудобно в отношении больших ЭЛТ, используемых в телевидении. В этих трубках с их огромными экранами (до 900 мм по диагонали) для обеспечения желаемой яркости требуется разгонять электроны в луче до больших энергий (типичное напряжение высоковольтного источника 25 кВ).

Если бы в таких трубках с их очень большим углом отклонения (110') применялась бы электростатическая система отклонения, то понадобились бы чрезмерно большие отклоняюшие напряжения. Для таких приложений стандартом является магнитное отклонение. На рис. 3.15 показана типичная конструкция магнитной отклоняющей системы, где для создания отклоняюшего поля используются пары катушек. Обратите внимание на то, что оси катушек перпендикулярны направлению, в котором осушествляется отклонение, в отличие от осевых линий пластин в электростатической отклоняюшей системе, которые параллельны направлению отклонения.

Это различие подчеркивает, что в электрическом и магнитном полях электроны ведут себя по разному. Энск Люнннсснснгннуг экрсн другой) Рнс 3.15. Прннцнп действия магнитной отклоняюшсй системы, нспользусмый в телевизионных трубках. 3. 10.2 Люминофоры Сушествует множество люминофоров для ЭЛТ. С точки зрения оптической яркости при заданном токе в луче самыми эффективными, как правило, являются зеленый и сине-зеленый, и именно эти цвета чаще всего можно видеть на экране осциллографа. Некоторые люминофоры характеризуются очень быстрым затуханием свечения после выключения луча (люминофоры с малым послесвечением), тогда как у других послесвечение является длительным и составляет многие секунды. Медленное затухание может быть ценным при наблюлении низкочастотных и переходных процессов; в радиолокаторах старшего поколения также применялись трубки с длительным послесвечением.

Однако сегодня в большинстве мониторов, с помошью которых наблюдают нестационарные процессы, для регистрации сигналов ис- Электронно-лучевая врубка 61 пользуется цифровая память. Если считывать сигнал с большой скоростью, то можно применять люминофоры с малым послесвечением и мерцания не будет. Лучшее изображение получается именно с такими люминофорами, поскольку обычно они дают ббльшую яркость, чем люминофоры с длительным послесвечением, и вероятность того, что в процессе работы произойдет их обесцвечивание, меньше. В телевизионных кинескопах применяются люминофоры с малым после- свечением, чтобы избежать смазывания двилсушихся изображений.

Для воспроизведения цветных изображений и графики используются красный, зеленый и синий люминофоры, в возможно большей степени приближенные к трем основным цветовым составляюшим. В самых распространенных цветных трубках, а именно — в трубках с теневой маской, экран представляет собой регулярную структуру из групп (триад) точек люминофора, причем каждая группа содержит красную, зеленую и синюю точки, составляющие треугольное образование. В трубке имеются три электронные пушки, одна из которых высвечивает точки с красным люминофором, другая — с зеленым и третья— с синим.

Как и следовало ожидать, лля высвечивания каждой из пушек только своих собственных точек люминофора необходимо их чрезвычайно точное взаимное расположение, Это достигается с помошью теневой маски, представляющей собой большую металлическую пластину, укрелляемую непосредственно позади экрана, с очень точной структурой просверленных в ней отверстий или щелей. На каждую группу из трех точек люминофора приходится одно отверстие.

На рис. 3. 1б в упрощенном виде показаны три электронные пушки и одна группа точек люминофора с относяшимся к ней отверстием в теневой маске. Как можно видеть из рисунка, теневая маска позволяет красной пушке высвечивать только красную точку, зеленой пушке — зеленую точку и синей пушке — синюю точку. Изменяя относительную интенсивносп трех электронных лучей, можно создать любой цвет в любом месте экрана.

Зслениэч «Сэ„„ э се Синий Красний ° Зел нас эле З лений Синай , эае Гср снэ"' Красний Зсчсний Синай тсчк лимннафэра на экране тенекэч маска Рис. 3.16. Схематическое изображение теневой маски в разрезе, поясняюшсс приниип лейспзия пвстного кинескопа (ис в масштабе) Отрицательная обратная связь 4.1 Принципы обратной связи Отрицательная обратная связь является одним из самых фундаментальных понятий в жизни. Простой эксперимент иллюстрирует это утвержление: закройте глаза и затем сведите указательные пальцы так, чтобы они кончиками коснулись друг друга. Вы, вероятно, промахнетесь. Закрыв глаза, вы разомкнули петлю обратной связи, которая жизненно важна для большинства действий человека. Чтобы выполнить то или иное действие точно, мы должны иметь возможность вилеть, что мы делаем, и, таким образом, вносить небольшие поправки по мере того, как это оказывается необходимым.

В действительности, мы берем результат действия (с выхода) и возвращаем его обратно (на вход) мысленному «предписанию» или намерению так, чтобы выход (результат действия) сделать равным входу. Другими словами, вы заставляете результат точно соответствовать намерению. Примеры отрицательной обратной связи можно найти также в технике. Одним из самых очевидных примеров является регулятор, с помощью которого у вращающихся механизмов поддерживается постоянной скорость вращения. Наиболее эффектны регуляторы, стоявшие„как правило, на старых паровых машинах, служивших первыми источниками движущей силы в 19 веке. Такой регулятор схематически изображен на рис. 4.1.

Он представляет собой вертикальный вал„связанный зубчатой передачей с валом главного махового колеса машины. На вертикальном валу закреплены свободно подвешенные грузики. По мере того, как скорость вращения машины, а значит и вала регулятора, растет, центробежная сила заставляет грузики разойтись в стороны на удерживающих их стержнях.

Подвижное нижнее крепление грузиков через систему рычагов соединено с главным золотником так, что с увеличением скорости вращения перемещение грузиков регулятора уменьшает давление пара, приводящего машину в действие. И наоборот: при наличии тенденции к замедлению, которое может быть вызвано увеличением нагрузки, большему количеству пара будет позволено увеличить скорость до требуемого значения. Таким образом, скорость устанавливается на золотой середине и почти не зависит от колебаний нагрузки на машину. Подобные регуляторы, хотя и более сложной конструкции, управляют скоростью современных па- Отрииательная обратная связь в электронике 63 Грузнкн расхозятся в стороны прн твсанч ннн скорости врашсння поаача пар» из котла а юнт вв рх Вр ш юшнйса рабочий Вая Рис.

4.1, Схематическое изображение регулятора паровой машины, иллюстрируюшее приниип обратной связи. ровых турбин, приводящих в действие генераторы переменного тока на электростанциях. В этом примере, а также в приведенной выше иллюстрации из области физиологии, регулирование в системе обеспечивается подачей части того, что служит результатом действия, обратно на вход. Механические системы управления, такие как рассмотренный регулятор, часто называют сервосистемами (буквально, ведомыми системами), и они играют первостепенную роль в промышленной автоматике. Они составляют основу науки, носящей название «кибернетика». 4.2 Отринательная обратная связь в электронике Точно так же, как паровая машина нуждается в управляющем воздействии регулятора, большинству электронных усилителей требуется электрическая отрицательная обратная связь, лля того чтобы коэффициент усиления можно было точно предсказать и чтобы он оставался постоянным при изменении температуры, а также частоты и амплитуды сигнала.

Мы уже видели в главе 1, что с изменением начального значения коллекторного тока может меняться коэффициент усиления тока транзистора. В главе 6 мы рассмотрим параметры, которые влияют на коэффициент усиления напряжения усилительного каскада, и увидим, что он зависит от таких величин, как начальная рабочая точка и напряжение питания. Разброс па- 64 Отрицательная обратная связь раметров транзисторов и резисторов, которые в большом количестве изготовзиюгся в одном технологическом процессе в каждом интегральном усилителе, может приводить к значительной неопределенности в отношении коэффициента усиления усилителя в целом.

Например, для популярных интегральных схем (ИС) типа 741 типичное значение коэффициента усиления напряжения— 200 000, однако в технических данных, которыми производитель сопровождает изделия, указано, что отдельные образцы могут иметь коэффициент усиления всего лишь 20 000. Отрицательная обратная связь дает возможность решить эту проблему, связанную с колебаниями коэффициента усиления.