[科普中國]-電子束管

概述

電子束管是真空電子器件中的一種，它利用電場或磁場使電子槍發(fā)射的電子聚焦成束，通過電或磁的偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子束的運(yùn)動(dòng)方向，以實(shí)現(xiàn)信息的記錄、轉(zhuǎn)換、存儲和顯示的目的。

它的工作方式主要有4類。

(1)電一光轉(zhuǎn)換。將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽庑盘?，如各種示波管、雷達(dá)指示管、顯像管、計(jì)算機(jī)顯示管、投影管等。

(2)光一電轉(zhuǎn)換。將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，主要是指各種攝像管。光電管和光電倍增管等雖然也是一類光一電轉(zhuǎn)換的真空電子器件，但不屬于電子束管，而歸于稱為光電管的一類器件。

(3)光一光轉(zhuǎn)換。將微光、紅外光、X光等不可見或微弱光信號變成電信號，再轉(zhuǎn)換成可見光信號，如變像管、像增強(qiáng)器等。

(4)電一電轉(zhuǎn)換。將電位分布形式的信號轉(zhuǎn)換成電信號，如儲存管等。1

發(fā)展發(fā)展歷程第一只電子束管在1897年問世。后來出現(xiàn)了儀器用示波管。30年代初期隨著全電子化電視的發(fā)展，顯像管和攝像管相繼出現(xiàn)

蔭罩式彩色顯像管在1949年首先由美國無線電公司研制成功。

1946年美國無線電公司宣布制出超正析像管。

1950年硫化銻視像管問世，但它只能用于工業(yè)電視和電影電視。

1962年荷蘭菲利浦公司試制成功氧化鉛視像管。

1972年日本日立公司與日本廣播協(xié)會(huì)的研究所合作試制成功了硒砷碲視像管。

電子束管特性這兩種視像管不僅光電性能好，而且結(jié)構(gòu)簡單、體積小，逐漸替代了超正析像管。雷達(dá)用的定位管、存儲管和夜間偵察用的紅外變像管是在第二次世界大戰(zhàn)中出現(xiàn)的。60年代后期又出現(xiàn)了各種像增強(qiáng)管和微光攝像管。

分類電子束管可按用途分類，也可按聚焦和偏轉(zhuǎn)方式分類，或按輸入輸出信號分類。按用途分類分為示波管、定位管、顯像管、存儲管、攝像管、像增強(qiáng)管與變像管、開關(guān)管。

在示波管中，電子槍產(chǎn)生聚焦的電子束，經(jīng)加有電信號的偏轉(zhuǎn)電極最后打到熒光屏上，在屏上產(chǎn)生光顯示的信號波形（圖1）。攝像管、存儲管是靠電子束打在靶上來完成信號的轉(zhuǎn)換。

在光電成像的變像管和像增強(qiáng)管中，電子束從較大光電陰極上發(fā)射出來，形成電子圖像，經(jīng)電子光學(xué)的聚焦系統(tǒng)加速打到熒光屏上成為光學(xué)圖像，或打在攝像管的靶上成為電位浮雕像。這類像管稱為寬電子束管。

組成電子束管的主要組成部分有玻殼、電子槍、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏和靶。

玻殼：電子束管幾乎都用玻璃管殼。 玻殼內(nèi)保持帕的真空度。攝像管的玻殼多用多硼玻璃，黑白顯像管的玻殼則用鋇鋰玻璃等。

電子槍：除寬電子束管僅有電子光學(xué)聚焦系統(tǒng)外，其余的電子束管都裝有電子槍。電子槍的典型結(jié)構(gòu)如圖2。電子槍包括發(fā)射系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)。前者包括熱絲加熱的陰極、控制柵極和第一陽極（或加速極）。這三極間的電場分布形成一個(gè)電子透鏡。陰極發(fā)射的電子先收斂而后發(fā)散，在交界處形成一個(gè)交叉截面（圖2）。聚焦系統(tǒng)分靜電聚焦和磁聚焦兩種。它的作用是將交叉截面成像到熒光屏上產(chǎn)生光點(diǎn)。常用的磁透鏡是短磁透鏡，由套在管頸外的聚焦線圈組成。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)聚焦線圈內(nèi)的電流就可將電子束聚焦在熒光屏上，形成一個(gè)明亮的光點(diǎn)。而攝像管則用長磁透鏡。

偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)：分靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)兩種。靜電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)利用靜電場對運(yùn)動(dòng)電子的作用而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用。它由兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)板組成，一對使電子束水平偏轉(zhuǎn)，另一對使電子束垂直偏轉(zhuǎn)。磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)利用磁場對運(yùn)動(dòng)電子的作用而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)作用。磁偏轉(zhuǎn)采用兩對相互垂直的偏轉(zhuǎn)線圈，能使電子束產(chǎn)生水平和垂直偏轉(zhuǎn)。在靜電偏轉(zhuǎn)的示波管中，為了提高偏轉(zhuǎn)靈敏度可采用偏轉(zhuǎn)后加速系統(tǒng)。

熒光屏和靶：電子束管有一個(gè)熒光屏或靶。熒光屏涂有受電子束激發(fā)而發(fā)光的熒光粉層。示波管、定位管和顯像管具有顯示波形和圖像的熒光屏。靶的種類較多。攝像用的視像管的靶通常由多晶光電導(dǎo)半導(dǎo)體制成。直觀式存儲管的靶網(wǎng)上蒸發(fā)有MgF2介質(zhì)材料，它起著收信放大管的控制柵的作用。電子通過靶網(wǎng)電荷起伏的圖像在熒光屏上形成相對應(yīng)的光學(xué)圖像。微光攝像管是像增強(qiáng)管和視像管的組合，共用一個(gè)靶。電子轟擊硅靶攝像管采用硅靶。

應(yīng)用示波管可顯示快速脈沖波形、緩慢變化的非周期性信號波形。非電量如速度、壓力、振動(dòng)、聲、光、熱、磁等，借助換能器變?yōu)殡娏亢笠部捎檬静ü茱@示。因此示波管大量用于示波器、炮瞄雷達(dá)、超聲探傷和診斷儀等。定位管又名雷達(dá)指示管，裝于雷達(dá)設(shè)備中用來顯示目標(biāo)的位置和距離。顯像管用于電視接收機(jī)，高分辨率的顯像管用于電子計(jì)算機(jī)的終端顯示器。攝像管用于電視攝像機(jī)和錄像機(jī)。微光攝像管用于國防、公安、科學(xué)研究等領(lǐng)域。宇宙飛行器探測星球的背光面時(shí)就采用微光攝像管。直視式存儲管能存儲并在長時(shí)間內(nèi)顯示已消逝的瞬變信號，可用于存儲示波器。它的亮度較高，可用于機(jī)載雷達(dá)，在白晝亦能進(jìn)行航測。網(wǎng)壘式存儲管用于警戒雷達(dá)，可消除固定目標(biāo)的影響。積累式存儲管可用于消除干擾和積累有用信號，提高雷達(dá)的鑒別力。變像管和像增強(qiáng)管可用在微光條件下進(jìn)行觀測，用于國防和特殊工業(yè)部門。