Расчет и конструирование кинескопа типа 40ЛК2Ц

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра ЭП

Курсовая работа

Расчет и конструирование кинескопа типа 40ЛК2Ц

Студент: Ведерников М.Е.

Преподаватель: Лисицина Л.И.

Новосибирск 2012



Задание на курсовую работу

Тема: Цветной кинескоп 40ЛК2Ц

Сроки представления работы к защите

«15» мая 2012г.

Исходные данные:

Режим работы: U_н= 6,3 В

U_а1=3.75 кВ

U_а2=20 кВ

U_пф =275 В

U_{зап.мод.} = - 80 В

Параметры: I_к=150 мкА

I_н=1000 мА

Разрешающая способность,линий=625

Угол отклонения по диагонали =70?

Геометрические размеры: Размер рабочей части экрана 240х300 мм

Длина кинескопа l_общ=505 мм



Содержание

1.Введение

2 Принцип работы прибора

3.Выбор размеров технологических узлов кинескопа

4 Конструкторская проработка

5 Расчёт и конструирование КПУ

6 Расчёт и конструирование иммерсионного объектива

7 Расчёт и конструирование подфокусирующей линзы

8 Расчёт и конструирование главной фокусирующей линзы

9 Расчёт и конструирование отклоняющей системы

10 Выбор вспомогательных деталей

Заключение

Список литературы



1.Введение

Все, что мы видим вокруг себя, на самом деле представляет собой ничто иное, как отраженные от окружающих нас предметов лучи света. Именно поэтому, находясь в абсолютно темной комнате, где световые лучи отсутствуют, мы ничего не видим. Отраженный от предмета свет, определенной окраски (спектра) и интенсивности, несет информацию о нем. Эту информацию можно представлять и передавать в виде электрических сигналов на большие расстояния, так же, например, как звук, в виде радиосигналов. Именно эта идея явилась основой для создания телевидения. Ну, со звуком понятно: достаточно получить при помощи микрофона электрический сигнал, пропорциональный изменению давления созданного звуком, передать с помощью радиоволн, а затем, принять, усилить этот сигнал, и воспроизвести, например, с помощью динамика. А как же быть с изображением? Ведь оно образуется из множества отраженных лучей с различными спектрами и интенсивностями. Здесь одним простым сигналом не обойдешься. Возникла идея представить изображение в виде достаточно тонких полосок и последовательно передавать их с помощью электрического сигнала, а затем опять “собрать” эти полоски в цельную картинку. Именно таким образом изображение объекта съемки разлагается в видеокамере на узкие горизонтальные полоски - строки. В зависимости от используемого телевизионного стандарта, строк может быть от нескольких сотен до тысячи и более. При использовании большего количества строк увеличивается четкость передаваемого изображения. Подытожив вышесказанное, дадим определение кинескопу.

Кинескоп - приемная телевизионная электронно-лучевая трубка, является выходным устройством телевизионной системы, осуществляющей передачу изображения на расстояние.

На сегодняшний день альтернативой кинескопов являются жидкокристаллические (ЖК) и плазменные панели, которые обеспечивают возможность создания плоских телевизоров и дисплеев. Так что кинескопы классической конструкции практически вытеснены жидкокристаллическими и плазменными аналогами. Однако продолжаются работы по усовершенствованию кинескопов. Особый интерес представляет SED-дисплей, который, по сути, является плоским кинескопом. Его основа - стеклянный экран, покрытый люминофором, облучаемый тысячами микроскопических эмиттеров, т.е. для каждого пикселя на экране - своя собственная электронная пушка. Но прежде чем говорить о SED-дисплее, нужно научиться рассчитывать обычный кинескоп, чем собственно говоря, в этом курсовом проекте я и займусь.



2.Принцип работы прибора

Кинескоп - это группа электронно-лучевых приборов (ЭЛП), определяющихся как класс электровакуумных приборов (ЭВП), отличительной особенностью которых является использование потока электронов, сфокусированных в узкий пучок (электронный луч), управляемый по интенсивности и по положению в пространстве и взаимодействующий с мишенью (экраном) прибора [1].

Кинескоп оснащен отклоняющей системой и имеет в своем баллоне электронную пушку, проводящее покрытие и люминесцентный экран (рис.2.1).

Рис.2.1.Схема устройства кинескопа:

1 - электронные пушки; 2 - электронные лучи;

3 - экран; 4 - маска; 5 - отклоняющие катушки.

Видимое изображение на экране кинескопа появляется благодаря бомбардировке экрана электронным лучом. На экран  нанесены в некотором порядке три вида люминофора -- красный, зелёный и синий, образуя так называемые триады. Триады - это точки люминофора, которые располагаются строго регулярно, в каждую такую триаду входит по одной красной, зеленой и синей точке, на красную точку попадает только луч от красной пушки, на зелёный -- только от зелёной, и т. д. Это достигается тем, что между пушками и экраном установлена металлическая решётка, именуемая маской.

Электронный луч чертит на экране систему строк, создавая равномерно освещенное прямоугольное поле (растр). Изображение объекта на экране появляется, когда яркость свечения точек экрана начинает изменяться. Яркость каждой точки растра определяется плотностью тока луча в момент коммутации этой точки в процессе сканирования (обегания экрана электронным лучом в ходе развертки) луча по экрану. Плотность тока луча зависит от видеосигнала, поступающего на управляющий электрод. Видеосигнал модулирует ток луча, а следовательно, яркость экрана, поэтому кинескопы относятся к трубкам с яркостной модуляцией.

Сканирование электронного луча по экрану обеспечивается с помощью отклоняющей системы, выполненной в виде двух пар отклоняющих элементов, обычно катушек. Для получения прямоугольного растра на одной паре катушек создается пилообразное изменение тока с достаточно высокой (строчной) частотой, а на другой паре - такое же изменение тока, но с гораздо меньшей (кадровой) частотой.

Развертывающий элемент кинескопа - электронный луч малого диаметра создается электронной пушкой (рис.2.2.), в современных кинескопах выполненной обычно по трехлинзовой схеме. Электронный луч формируется из электронного потока с помощью фокусирующей системы (системы линз Л₁, Л₂, Л₃).

Источником электронного потока служит катод, который вместе с встроенным в него подогревателем образует катодоподогревательный узел.



Рис. 2.2. Схема электронной пушки современного кинескопа:

КПУ - катодоподогревательный узел, Л₁ - иммерсионный объектив (катод К, модулятор М и подфокусирующий электрод (ПФ), Л₂ - подфокусирующая иммерсионная линза (ПФ, ускоряющий электрод УЭ), Л₃ - главная фокусирующая линза (для кинескопов черно-белого изображения - одиночная: УЭ, анод первый А₁ и анод второй А₂; для кинескопов цветного изображения - иммерсионная: анод первый А₁ и анод второй А₂), ЭЛ - электронный луч, Э - экран

3.Выбор размеров технологических узлов кинескопа

В этом разделен необходимо выбрать размеры важнейших узлов кинескопа и в дальнейшем опираться на них при последующих расчётах.

Исходя из анализа существующих технологичных конструкций кинескопов и опираясь на заданные размеры рассчитываемого кинескопа (общую длину и размер растра), можно выбрать размеры некоторых узлов:

- толщину люминесцентного экрана (дна колбы (стеклянной подложки экрана) с люминофорным и алюминиевым покрытием),

- протяженность отклоняющей системы,

- протяженность корректирующих магнитов (для кинескопов цветного телевидения),

- длину выводов,

- толщину стеклянной ножки,

- размер монтажного промежутка между стеклянной ножкой и тыльным торцом катода.

l_кон = = = 242.85 мм

где l_кон - длинна конусной части колбы; D - диагональ растра кинескопа; б - угол отклонения.

Конусная часть кинескопа получается достаточно объёмной, поэтому давление воздуха на экран может быть достаточно большим. Для повышения механической прочности нужно придать экрану слегка выпуклую форму. Толщину стеклянного дна выберем 10 мм.

Толщина люминофорного покрытия на люминесцентных экранах электронно-лучевых приборов - от единиц до нескольких десятков микрометров. Обычно наносятся около 8 слоёв толщиной примерно 1 мкм. Выберем 8 слоёв. Толщина люминофорного покрытия получается 8 мкм.

Алюминирование является обязательной частью экрана и необходимо для снятия заряда.

Максимальная толщина алюминиевой пленки на люминесцентном экране рассчитывается из допустимой потери энергии электронами при ее простреливании, минимальная (dmin) - определяется степенью проникновения иона водорода, обладающего наименьшим размером:

d_min = 0,015U^0,83 мкм

U - потенциал, определяющий скорость электронов, кВ.

В нашем случае U=20 кВ.

d_min = 0.015 * 20^0.83 = 0.18 мкм

Таким образом, величина d_min составляет единицы и доли микрометра.

Для конструкторской проработки, выбирая толщину люминесцентного экрана, можно пренебречь толщиной покрытия люминофора и алюминиевой пленки ввиду их малости по сравнению с толщиной стекла. В результате получаем:

Далее нужно задаться размерами горловины кинескопа. Для обеспечения удобства монтажа электродов лучше взять сравнительно большой диаметр горловины. Так как кинескоп с такими размерами будет иметь достаточно большую массу, то для повышения прочности нужно стенку горловины сделать сравнительно толстой. Мы можем выбрать уже готовую конструкцию горловины из уже имеющихся из таблицы 3.1.

Т а б л и ц а 3. 1.

Днар, мм	13	20,5	21	22	26,5	28,6	29,5	35	36	36,5	38
Двн, мм	11,3	17,0	-	-	21,5	-	23,5	-	30	-	32

Пусть Д_нар =36 мм, Д_вн =30 мм.

Д_нар -наружный диаметр горловины, Д_вн - внутренний диаметр горловины.

Далее нужно предусмотреть, как будет осуществляться питание электродов.

Длина выводов, предназначенных для подведения питающего напряжения к электродам, в современных кинескопах лежит в пределах 6,5…14 мм [10]. Обозначим её как L1.

Толщина стеклянной ножки (части оболочки прибора, через которую осуществляется электрическая связь внутренних электродов с внешними элементами схемы) в кинескопах колеблется от 4 до 7 мм. Обозначим её как L2.

Для электрического соединения внутренних электродов с выводами необходимо задаться размером монтажного промежутка между стеклянной ножкой и тыльным торцом катода (10...15 мм). Обозначим её как L3.

Зададимся следующими длинами:

L1=12 мм

L2=4 мм

L3=9 мм

Далее нужно задаться длиной отклоняющей системы (ОС). ОС обеспечивает однородное магнитное поле и представляет собой две пары обтекаемых током катушек. Обычно ОС располагают частично на горловине, частично на конусной части. Тогда можно считать, что центр отклонения (ЦО) расположен в плоскости, проходящей через середину длины катушки ( ). Тогда можно воспользоваться формулой:

= , где r_г - радиус горловины.

Из этой формулы находим, что = = 21.42 мм

Полученную длину отклоняющей системы нужно дополнительно увеличить на несколько процентов (это будет пояснено в соответствующем разделе КП). Зададимся = 22 мм.

Так же нужно задаться длиной магнита частоты цвета (L_мчс), который необходим для регулировки положения электронных пучков. Длина магнита лежит в пределах 10…20 мм.

Возьмем L_мчс = 10 мм.

Так же зададимся расстоянием между теневой маской и люминесцентным экраном (d_мэ).

Возьмем d_мэ = 5 мм.

Зададимся длиной катодо-подогревательного узла (КПУ) . В дальнейшем эта длина будет уточнена.

Тогда на оптику остаётся:



L_опт = l_общ - l₁ - l₂ - l₃ - l_кон - l_ос / 2 - l_стекла - l_мчс = 505 - 12 - 4 - 9 - 242.85 - 22 - 5 - 10 = 200.15 мм.

На этой длине мы должны расположить иммерсионный объектив и оптику, образованную тремя цилиндрами.

4.Конструкторская проработка

Одной из главных целей КП, как уже отмечалось, является уменьшение общей длины прибора. Мы можем уменьшить длину линз, используя уже имеющиеся конструкции[1].

Зададимся l_линз = 180 мм.

Протяжённость иммерсионного объектива в кинескопах составляет от десятых до единиц миллиметров. Пока зададимся . В дальнейшем эта величина будет уточнена.

На рис.4.1. представлены эскизы кинескопов, распределения потенциалов на оси и возможные траектории периферийных электронов пучка для цветного телевидения.



Рис.4.1. Эскиз кинескопа для черно-белого телевидения (а), распределение потенциала на оси (б), возможные траектории периферийных электронов с одним кроссовером (в) и с двумя  (кроссовер и скрещение) (г)

Обозначения узлов, принятые на рис.4.1.:

В - выводы,

Н - стеклянная ножка,

М - модулятор,

К - катод,

ПФ - подфокусирующий электрод,

УЭ - ускоряющий электрод,

А₁ - анод первый,

А₂ - анод второй,

ОС - отклоняющая система,

r₂ - внутренний радиус горловины,

ВА₂ - вывод второго анода,

D - диагональ растра кинескопа,

Al - проводящее (алюминиевое) покрытие,

ЛЭ - люминесцентный экран,

Нужно выбрать конфигурацию сфокусированного луча в кинескопе. Возможны два варианта: луч с одним кроссовером (рис.4.1.а) и луч с двумя кроссоверами (рис.4.1.б). Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Первый вариант обуславливает в большей степени проявление сферической аберрации ( апертура луча в плоскости H_од (или Н_им) больше), но меньшее проявление кулоновских сил; второй - в большей степени обуславливает влияние пространственного заряда (наличие двух кроссоверов с большой плотностью тока), но меньшее проявление сферической аберрации. Но так как данный проект не предусматривает учета аберраций, обусловленных электронными линзами, можно выбрать любой из вариантов. Я остановлюсь на варианте с двумя кроссоверами.

Теперь нам нужно определить расстояния W_пф, W_им, V_пф, V_им

Мы уже задались расстоянием l_линз = 180 мм. На этом расстоянии нужно расположить 3 электрода, т.к. кинескоп цветной. В первом приближении будем считать, что эти электроды одинаковой длины.

Найдём длину W_пф:

W_пф = = 60 мм.

Величины W_им, V_пф, V_им мы можем оценить по следующим формулам:

W_пф = W_им + V_пф

Возьмем W_им, V_пф равной длины.

Получаем:

W_им = 30 мм.

V_пф = 30 мм.

По рисунку мы можем определить V_им:

V_им = W_пф + L_мчс + l_ос / 2 + l_кон = 60 + 10 + 22 + 242.85 = 334.85 мм.

В дальнейшем, при расчётах иммерсионного объектива, подфокусирующей и одиночной линз мы должны будем придерживаться получившихся значений W_им,W_пф, V_пф, V_им.

В результате конструкторской проработки мы получили следующие результаты:

l_к = 5 мм.

L₁ = 12 мм.

L₂ = 4 мм.

L₃ = 9 мм.

L_линз = 180 мм.

l_{им. об.} = 2 мм.

L_мчс = 10 мм.

l_ос / 2 = 22 мм.

l_кон = 242.85 мм.

d_мэ = 5 мм.

d_стекла = 5 мм.

W_пф = 60 мм.

V_пф = 30 мм.

W_им = 30 мм.

V_им = 334.85 мм.



5.Расчёт и проектирование катодоподогревательного узла

Исходные данные:

I_к.max = 4.8 мА

I_н = 1000 мА

U_к = 6.3 В

Режим работы - непрерывный.

В современных кинескопах применяются подогревные оксидные катоды (благодаря их хорошим параметрам) с покрытием из оксидов бария, стронция и кальция, нанесенным на металлическое основание (керн). Оксидный слой можно считать полупроводниковым материалом с донорной примесью. При активировании оксидного слоя появляется избыток бария, который восстанавливается из оксида и представляет собой донорную примесь, обеспечивая электронную проводимость.

Оксидные катоды являются долговечными (до 20000 ч), низкотемпературными (диапазон рабочих температур 900ч1200 К ) и обладают самой низкой работой выхода из всех термоэлектронных катодов ( эВ) , высокой эффективностью (при работе катода в непрерывном режиме отбор тока с катода достигает А/Вт ), обеспечивая при этом удельную эмиссию 0,04ч7,9 А/см².

Расчёт катода

Катод в кинескопах обычно выполняется в виде никелевого колпачка (керн катода с толщиной стенок мм), торец которого покрывается оксидным слоем толщиной мкм (нанесенным пульверизацией) или толщиной в несколько мкм при нанесении покрытия методом катафореза . В полости керна катода размещается подогреватель. Катодоподогревательный узел (КПУ) чаще всего закрепляется на керамической шайбе, которая одновременно выполняет функции электро- и теплоизолятора. КПУ и цилиндр модулятора кинескопа (в который встраивается КПУ) образуют катодно-модуляторный узел (рис.5.1.).

В силу быстрого развития вакуумной электроники, нету смысла задаваться большой долговечностью. Потому что идет постоянный выпуск новых более совершенных вакуумный приборов. Используем таблицу 5.1 Выбираем почти минимальную долговечность 3000 часов. По таблице 5.1. находим рабочую температуру T_к = 1070[К], удельную мощность излучения оксидного покрытия

Р_{уд. окс.} = 2.7 [Вт/см²]и постоянную составляющую плотности тока j₀ = 0.2 [А/см²].

С целью обеспечения надёжной работы катода в течение всего периода заданной долговечности выбирается величина j₀₁, в несколько раз (k) ниже j₀. Где k = 2…8 (в зависимости от долговечности: чем выше долговечность, тем выше значение коэффициента k). Возьмем k = 4.

Тогда

j₀₁ = = = 0.05 [А/см²]



Рис. 5.1.. Конструкция катодно-модуляторного узла

Таблица 5.1.

Диапазон рабочих температур катода , К	Удельная мощность излучения , Вт/см2	Вид режима использования катода	Плотность тока , А/см2	Долговеч- ность , ч
		Непрерывный	0,05	20000
		Непрерывный	0,15	5000
		Непрерывный	0,2; 0,3	3000; 2000

С учётом того, что максимальный ток катода равен 150 мкА, толщину оксидного покрытия рекомендуется выбирать в пределах 20 - 70 мкм, в зависимости от долговечности. Мы зададимся небольшой долговечностью, поэтому зададимся

h_окс = 30 мкм = 0.03 мм

Рабочая площадь оксидного покрытия определяется как:



F_окс = = = 0.096 [см²]

Отсюда мы можем найти диаметр оксидного покрытия:

F_окс = ; d_окс = = = 0.35 [см]

Расчет размеров керна катода проводится с учетом сохранения теплового равновесия (условия, при котором температура катода постоянна во времени) в процессе работы катода: вся подводимая мощность должна полностью расходоваться во избежание перегрева и разрушения катода. При этом необходимо учесть, что подводимая мощность (P_н = I_н * U_н ) затрачивается в основном на лучеиспускание (излучение) P_изл и электронную эмиссию P_e. Но практика показывает, что >>, и для инженерных расчетов величиной можно пренебречь.

Тогда

P_н = P_изл.

Подводимая мощность рассеивается оксидным покрытием (F_окс) и непокрытой частью никелевого колпачка (F_Ni):

P_{изл =} P_уд.окс * F_окс + P_уд.Ni * F_Ni ,

где - удельная мощность излучения оксидного покрытия, P_уд.Ni - удельная мощность излучения никелевых поверхностей, принятая в 2 раза меньшей, чем P_уд.окс .

P_{изл =} P_уд.окс *( F_окс + 0.5 * F_Ni).



Подставляем в выражение известные нам данные и находим:

2.7*(0.096 + 0.5 * F_Ni ) = 6.3; F_Ni = 4.47 [см²]

Зададимся d_керна = 3 мм = 0.3 см, чтобы в него свободно входил подогреватель.

Зная площадь никелевого покрытия, диаметр кёрна и площадь оксидного покрытия, мы можем вычислить с помощью обычных формул для поверхности цилиндра длину кёрна:

F_Ni = р*d_керна *l_керна + р* / 4 - F_окс

l_керна = ; l_керна = = 4.77 [см]

Реальная длина кёрна 3 - 5 мм .Оставшуюся мощность рассеет металлический спейсер, имеющий электрический контакт с никелевым керном предназначенного для фиксации расстояния между катодом и модулятором (рис.5.1.) Расчёт спейсера в данной работе не предусмотрен.

Выбираем

l_керна = 4 мм.

В результате расчёта мы получили следующие цифры:

l_керна = 4 мм

d_керна = 3 мм

F_Ni = 4.47 см²

F_окс = 0.096 см²

h_окс = 0.03 мм

d_окс = 0.35 см

j₀₁ = 0.05 А/см²

Расчет подогревателя

Расчет подогревателя заключается в определении длины и диаметра нити накала и базируется на заданных величинах , и на табличных данных, приведенных в табл. 5.2 для различных материалов и рабочих температур подогревателя. Обычно температура подогревателя превышает температуру катода на градусов в виду перепада температуры в изолирующем слое подогревателя и лучеиспускания поверхностью этого слоя. Задавшись величиной и выбрав материал подогревателя, определяют удельное сопротивление материала подогревателя и его удельную мощность излучения (табл. 5.2).

Зададимся =1300 (К). Выбираем сплав ВМ-50 (W - 50%, Mo - 50%). Применение этого сплава по сравнению с вольфрамом облегчает процесс изготовления подогревателей, снижает их хрупкость и увеличивает его прочность при высоких температурах. Кроме того, входящие в его состав W и Mo являются распространёнными и дешёвыми металлами.

По таблице 5.2. находим для ВМ-50:

с = 35.7* 10^-6 [Ом *См]

= 3.8 [Вт/см²]

Для расчётов длины и диаметра нити накала используем выражениями:

l_н =0.43* ; d_н = 0.74

l_н =0.43 * = 33.8 см

d_н = 0.74 * = 15*10^-3 см

Для проверки правильности полученных результатов расчета можно воспользоваться зависимостью изображенной на Рис. 5.2.



Таблица5.2.

Мате- риал	Удельное сопротивление материала сМ106 (ОмМсм) при температуре Т, К	Удельная мощность излучения материала подогревателя , (Вт/см2) при температуре Т, К
	300	1000	1300	1400	1500	1700	1300	1400	1500	1700
W	5,65	24,9	34,1	37,2	40,3	46,8	2,57	3,83	5,5	10,6
Сплав BM-50 (W - 50 %, Mo - 50 %)	8,9	27,1	35,7	38,7	41,0	-	3,8	5,2	6,8	-
Сплав BM-80 (W - 20 %, Mo - 80 %)	7,0	25,25	33,7	36,7	39,6	-	-	-	-	-
Сплав BP-20 (W - 79 %, Re - 21 %)	-	47,0	56,3	59,1	61,8	68,6	-	3,56*	-	11,2

^* Черненый подогреватель



Рис. 5.2. График определения длины и диаметра проволоки подогревателя по заданным его мощности и температуре

получается достаточно большой, поэтому уместно конструировать подогреватель в виде бифилярной спирали, у которой бифилярная спираль наматывается из проволоки, предварительно навитой в виде первичной спирали.(рис.5.3.)

Рис. 5.3. Обозначение размеров подогревателя, выполненного в виде бифилярной биспирали.



Обозначения принятые на рисунке 5.3.:

-шаг намотки первичной спирали

- шаг намотки бифилярной спирали

- средний диаметр витка бифилярной спирали,

- диаметр оправки для навивки бифилярной спирали

- диаметр оправки, на которую навивается первичная спираль

- диаметр готового подогревателя

-зазор между стенкой керна и подогревателем

- диаметр кёрна

- толщина наружного слоя изоляционного покрытия подогревателя.

Зададимся величиной . Обычно изолирующее покрытие изготавливается из алунда (Al₂O₃) толщиной ~ 0,1мм. Пусть =0.1мм.

зададимся 0.5мм., h_з - зазор между стенкой керна катода и подогревателем.

d₀ зададимся как 1.5* d_н; d₀ = 1.5 * 0.15 = 0.225 мм

Шаг бифилярной спирали должен удовлетворять условию (см. рис. 5.2.):

h ? d₀ + 2 d_н + 2Д_из.

h ? 0.575 мм

Длина готовой спирали подогревателя должна удовлетворять условию:

L_п ? l_к - h_ст (где h_ст толщена стенок кёрна катода равная 0.1мм)

L_п ? 4.9 мм.

Чтобы получить целое число витков спирали зададимся:

L_п = 4.9 мм.

h = 0.6 мм.

Тогда, число витков бифилярной спирали:



n_б.с. = L_п / h = 8

Диаметр готового подогревателя:

D_n = d_к - 2h_ст - 2h_з = 3 - 2*0.2 - 2*0.5 = 1.6 мм

Расчет оправки для навивки бифилярной спирали:

D₀ = D_n - 2d₀ - 4dн - 2 Д_из = 1.6 - 2*0.225 - 4*0.15 - 2* 0.1 = 0.35 мм

Расчет среднего диаметра витка бифилярной спирали:

D_с = D₀ + d₀ = 0.35 + 0.225 = 0.575 мм

Длина первичной спирали:

l_п.с. = n_б.с. * D_с *р = 8 * 0.575 * р = 14.45 мм

Находим число витков первичной спирали:

n_п.с. = =

l_{1 вит} - длина проволоки одного витка первичной спирали

l_{1 вит} = р*( d₀ + d_н) = р * (0.225 + 0.15) =1.18 мм

n_п.с. = = = =287

h₀ = = = 0.05 мм

Остаётся задаться толщиной изолирующего покрытия между соседними витками первичной спирали , которое может быть гораздо меньше , т.к. между соседними витками незначительная разность потенциалов. находим из условия:

h₀ ? d_н + 2

? 0.025 мм

Зададимся = 0.02 мм.

В результате расчёта подогревателя мы имеем следующие числа:

l_н = 338 мм.

d_н = 0.15 мм.

Д_из = 0.1 мм.

= 0.02 мм.

d₀ = 0.225 мм.

D₀ = 0.35 мм.

D_c = 0.575 мм.

D_n = 1.6 мм.

L_п = 4.9 мм.

l_п.с. = 14.45 мм.

h_ст = 0.1 мм.

h₀ = 0.05 мм.

h = 0.6 мм.

n_п.с. = 287 мм.

n_б.с. = 8 мм.

6.Расчёт и конструирование иммерсионного объектива

Иммерсионный объектив - это комбинация термокатода и линзы-диафрагмы.

В кинескопах он включает в себя оксидный подогревной катод, модулятор, на который подаётся входной сигнал и подфокусирующий электрод ПФ.

Задачи иммерсионного объектива:

1.Создание электронного потока.

Изображение в кинескопе создается благодаря бомбардировке люминофорного экрана электронным потоком. Следовательно, нам необходим электронный поток. Катод в иммерсионном объективе как раз и выполняет эту задачу.

2.Управление электронным потоком.

Управление осуществляется с помощью модулятора. Изображение - это чередование пятен с разной яркостью на экране. Для создания различных по яркости пятен необходимо промодулировать электронный поток по входному сигналу.

3.Ускорение электронов.

Ускорение происходит за счет потенциала на подфокусирующем электроде.

4.Создание кроссовера.

Кроссовер - искусственный предмет малого размера для фокусирующей системы, которая формирует пятно на экране. От размера кроссовера будет зависеть размер пятна на экране

5.Обеспечение параксиальности пучка.

Для уменьшение геометрических аббераций необходимо обеспечить параксиальность пучка. В подфокусирующем электроде создают отверстие малого диаметра.

Параксиальные электроны - это электроны, которые движутся близко к оси. Критерием параксиальности является r² << r. r-удаление от оси симметрии поля.

6.Автоматическое запирание катода.

В случае если отключится отклоняющая система, автоматическое запирание не позволит выжечь люминофор в центре экрана.

В кинескопах используется собирающий иммерсионный объектив, т.к. нам нужно создать кроссовер.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.6.1. Распределение потенциала в иммерсионном объективе, первая и вторая производные.

Выражение для определения оптической силы любой линзы имеет вид:

Где ab - участок,на котором сосредоточено электрическое поле. U (z), U"(z) - распределение потенциала в линзе на оси и его вторая производная.

Знак оптической силы определяется знаком U"(z). Как видно из рис.6.1., на зависимости U"(z) имеются два участка: собирающий и рассеивающий. Но т.к. на рассеивающем участке потенциал гораздо выше, чем на собирающем, электроны будут проходить этот участок с большими скоростями и мало изменят свою траекторию. Поэтому суммарное действие такого объектива будет собирающим.

Определение основных размеров иммерсионного объектива можно приближенно провести по формуле Гайне.

где - напряжение модулятора запирающее,

- напряжение на ускоряющем электроде иммерсионного объектива (в кинескопе - подфокусирующего электрода),

- диаметр отверстия в модуляторе,

д - толщина диафрагмы модулятора,

- расстояния катод (К) - модулятор (М) и модулятор-анод (А) (рис.5).

Рис.6.2. Эскиз иммерсионного объектива



Зададимся толщиной диафрагмы модулятора д. В существующих конструкциях кинескопов д имеет значение в пределах от 0.1 до 0.5 мм. Выберем д=0.2мм.

Диаметр отверстия модулятора определяется через эффективный диаметр катода

Эффективный диаметр катода примерно на порядок больше диаметра кроссовера:

D_эфф = 10d_кр

Следовательно, для определения диаметра отверстия модулятора необходимо найти диаметр кроссовера, что можно сделть, зная диаметр пятна на экране. Диаметр пятна на эеране (d_п) определяется диаметром скрещивания (d_скр) и коэффициентом увеличения главной фокусирующей линзы:

d_п = d_скрM_им

d_скр определяется:

d_скр = d_крM_пф

M_пф = - коэффициент увеличения подфокусирующей линзы.

M_им = - коэффициент увеличения иммерсионной линзы.



Произведем расчеты:

M_им = = = 4.9

M_пф = = =0.135

d_п = = 0.192 мм

d_скр = = 0.0392 мм

d_кр = = 0.29 мм

D_эфф = 0.290*10 = 2.9мм

D_м = = 4.1 мм

Таким образом, остаются неизвестными две величины: ?_км и ?_ма.

Расстояние катод-модулятор можно определить, проанализировав работу катода в кинескопе. Картина поля в иммерсионном объективе показывает, что ускоряющее поле сильнее против центра диафрагмы модулятора и убывает в направлении радиуса. Следовательно, катод нагружен неравномерно, и наибольший отбор тока имеет место с его центрального участка. Режим работы катода в кинескопе оказывается близким к режиму работы электронной лампы при наличии «островкового эффекта». Но так как важнейшей характеристикой электронной пушки является модуляционная характеристика (зависимость тока пучка (I_n) (или катода) от потенциала модулятора U_м (рис. 6.3), то крутизна этой характеристики (S = dI_п/dU_м) является одним из параметров кинескопа. По аналогии с теорией электронных ламп для иммерсионного объектива можно качественно изобразить зависимость S от отношения ?_км/D_м (рис. 6.4).



Рис.6.3. Модуляционная характеристика кинескопа

Рис.6.4. Зависимость крутизны модуляционной характеристики

от соотношения ?_км/D_м

Максимальное значение крутизна модуляционной характеристики приобретает при отношении ?_км/D ? 0,5 - 1. При ?_км ? D начинает проявляться островковый эффект и при ?_км/D < 0,5 крутизна резко падает ввиду снижения эффективности управления катодным током. Выберем = 0.7,т.к. примерно в этой точке наблюдается максимум.

l_км = 0.7*4.1 = 2.9 мм

Из исходных данных известно запирающее напряжение модулятора U_з = - 80В, поэтому остаётся найти из уравнения Гайне .

l_ма = = 0.6 мм

Протяжённость иммерсионного объектива:

l_им.об. = l_км + д + l_ма = 2.9 + 0.2 + 0.6 = 3.7 мм

Подведём итоги этого раздела:

d_п = 0.192 мм

d_скр = 0.0392 мм

d_кр = 0.29 мм

D_эфф = 2.9 мм

D_м = 10.1 мм

l_км = 7.07 мм

l_ма = 1.6 мм

l_им.об. = 3.7 мм

7.Расчёт и проектирование подфокусирующей линзы

В качестве подфокусирующей линзы в кинескопе используется иммерсионная линза.

Линза подфокусировки представляет собой иммерсионную линзу, образованную двумя цилиндрами одинакового диаметра. Иммерсионная линза - это линза, у которой потенциалы на электродах слева и справа постоянны, но не равны. В нашем случаи U₁<U₂ (рис. 6.1.).

Действие любой электронной линзы зависит от U"(z): . Как видно из рисунка поле в линзе состоит из двух частей - собирающей и рассеивающей. Результирующее же действие иммерсионной линзы является собирающим, т.к. электроны проходят собирающую область поля линзы с меньшими скоростями, чем рассеивающую.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7.1. Иммерсионная линза и распределение потенциала вдоль ее оси

Задачи ПФ-линзы:

Создать второй кроссовер (скрещивание) приблизительно в середине плоскости УЭ.

Предотвратить пробой между ускоряющим электродом и модулятором

Обеспечить запирание луча при отсутствии развёртки

Обеспечить параксиальность пучка малым диаметром отверстия в ПФ

В разделе 2 данного КП мы определили, что:

W_пф = 60 мм.

V_пф = 30 мм.

Из исходных данных известно, что:

U_пф = 275В

U_а1 = 3750В

Оптическая сила подфокусирующей линзы равна:



= + = + = 0.037 мм^-1

f_2пф = 27 мм

Далее используем оптические иммерсионной линзы, образованной двумя цилиндрами одинакового диаметра D, расположенных на расстоянии l=0.1D друг от друга.

Рис.7.2. Оптические параметры для иммерсионной линзы, выполненной из двух цилиндров равного диаметра, расположенных на расстоянии 0,1D друг от  друга

Находим нужную нам точку U2/U1=14 и определяем, что в этой точке:

f_2пф / D = 2.2 мм

D = f_2пф /2.2 = 27 / 2.2 =12.3 мм

l = 0.1D = 1.23 мм

8.Расчёт и проектирование главной фокусирующей линзы

В качестве главной фокусирующей линзы кинескопа для цветного телевидения используется иммерсионная линза, поэтому на основе данных, полученных ранее, по уравнению = + определим ее оптическую силу:

= + = 1*10^-2 мм^-1

Теперь нужно выбрать конструкцию иммерсионной линзы, но зная необходимую оптическую силу иммерсионной линзы, удобнее выбрать готовую конструкцию. Выбранная мною конструкция и её оптическая характеристика представлена на рис.8.2. и рис.8.3. соответственно.

Рис. 8.2. Конструкция исследованной иммерсионной линзы.

Толщина материала 0.27мм.

Рис. 8.3. Зависимость оптической силы от соотношения потенциалов.



В результате расчётов иммерсионного объектива, подфокусирующей и иммерсионной линз мы получили эскиз всей эмиссионно-оптической системы.

Он показан на рисунке 8.4.

Рис.8.4. Эскиз сконструированной электронной пушки для кинескопа цветного телевидения

W_пф = 60 мм.

V_пф = 30 мм.

W_им = 30 мм.

V_им = 334.85 мм.

l_опт = 180 мм

d_мэ = 5 мм.

9.Расчёт и проектирование отклоняющей системы

В кинескопах, как правило, используется магнитная отклоняющая система (ОС), обеспечивающая однородные взаимно-перпендикулярные магнитные поля, создаваемые двумя парами обтекаемых током отклоняющих катушек. Конструктивно отклоняющие катушки могут быть выполнены без магнитопровода, с внутренним магнитопроводом и внешним. На практике наиболее широко используется конструкция ОС с внешним магнитопроводом. При этом катушки выполняют облегающими горловину трубки, расположив обе пары катушек так, чтобы они создавали взаимно перпендикулярные поля, и окружив их магнитопроводом, замыкающим эти поля с внешней стороны катушек. Магнитопровод выполняется в виде набора тонких колец, изготовленных из магнитомягкого материала. Расположение катушек возможно по двум вариантам:

- одна пара катушек расположена поверх другой,

- продольные части обеих катушек расположены непосредственно на горловине кинескопа.

Первый вариант увеличивает диаметр магнитопровода, при этом эффективность системы уменьшается. Предпочтение отдают второму варианту. Выбираем конструкцию ОС с внешним магнитопроводом.

ОС будем располагать частично на горловине, частично на конусной части кинескопа. В этом случае можно считать, что ЦО расположен в плоскости, проходящей через середину длины катушек ().

Тогда можно считать, что

=

Из этой формулы находим, что = 22

Нужно учесть, что если катушки повторяют форму перехода горловины в конусную часть, то диаметр витков, расположенных на конусной части баллона увеличивается и чувствительность по отклонению падает. Этот факт нужно учесть. Увеличив длину ОС на несколько %.

Зададимся l_ос = 44, что мы учли ещё в конструкторской проработке.

В нашем случае:

l_кон >> l_ос / 2

l_ос >> r_г



Поэтому угол отклонения можно считать малым. Тогда воспользуемся следующей формулой для определения числа ампер-витков.

,

где d - внутренний диаметр намотки ОК.

U_а - потенциал электрода (второго анода), определяющий скорость электронов в области ОК,

а - протяженность области, занятой однородным магнитным полем ОС (равная примерно длине ОК),

L - расстояние от центра отклонения до экрана (в нашем случае - ?_кон).

d = D_внеш + 2 = 38 мм. мы увеличили d на 2 мм с целью плотной посадки ОК на баллон.

щI = 2.7D/2 = 2.7 * *170 = 230 [ампер - витков]

Для полного отклонения луча в одном направлении число нужно увеличить вдвое.

щI = 230 * 2 = 460 мм

Длину внешнего магнитопровода выбираем равной длине ОК, т.е. 44 мм. Внутренний диаметр магнитопровода D_внеш +1 = 37 мм.

Теперь нам нужно задаться величиной отклоняющих токов строчных и кадровых катушек . Для этого используем зависимость, приведённую на рис.9.1. В нашем случае угол отклонения равен 70⁰. По зависимости находим:

I_cт = 1.0 (А)

I_кад = 0.3 (А)

Число витков для строчных катушек:



щ₁ = = = 960 (витков)

Число витков для кадровых катушек:

щ₁ = = = 3066 (витков)

Рис. 9.1. Зависимость тока катушек от угла отклонения.

Для обеспечения однородного поля, создаваемого ОК, витки должны быть расположены по косинусоидальному закону, чего на практике добиваются, аппроксимируя требуемое непрерывное распределение витков ступенчатым. Далее приводится таблица распределения витков в отклоняющих катушках, обеспечивающих практически однородное поле (табл.9.1.). Распределение секторов иллюстрируется на примере седлообразной катушки (рис. 9.2).



Т а б л и ц а 9.1.

Вид катушки	Число витков в секциях одного сектора, %
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Строчная	2,8	3,5	5,6	6,2	8,3	8,3	9,0	9,8	10,5	11,0	12,0	13,0	-
Кадровая	1,5	2,6	3,2	5,0	7,5	8,2	8,2	9,7	9,7	11,0	11,0	11,2	11,2

Вид катушки	Число витков в секциях одного сектора
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Строчная	9.6	19.2	28.8	38.4	48	57.6	67.2	76.8	86.4	96	105.6	115.2	-
Кадровая	30.66	61.32	91.98	122.64	153.3	183.96	214.62	245.28	275.94	306.6	337.26	367.92	395.58

Пересчитаем данную таблицу, приняв для строчной катушки 960 витков за 100%, а для кадровой катушки 3066 витков - 100% .

Сечение седлообразных строчной и кадровой катушек показано на рис.9.2. (а) и (б) соответственно.

Рис. 9.2.. Сечение строчной седлообразной катушки (а), сечение кадровой седлообразной катушки (б)



10.Выбор люминофора и вспомогательных деталей

кинескоп линза конструирование объектив

Вспомогательными деталями являются: люминофор, газопоглотитель, монтажные выводы.

Выбор люминофора.

Люминофор наносится на экран. Экран - конструктивный элемент приемного электронно-лучевого прибора, на котором воспроизводится оптическое изображение. У современных приемных электронно-лучевых трубок, экран состоят из подложки (дно колбы), нанесенного на нее люминофора и нанесенного поверх него тонкого слоя алюминия. Слой люминофора в цветном кинескопе состоит из отдельных точек (элементов) трех видов. Точки одной группы способны при бомбардировке электронами светиться красным светом, точки другой - зеленым, а третьей - синим. Точки люминофора располагаются строго регулярно, образуя так называемые триады. В каждую триаду входит по одной красной, зеленой и синей точке, расположенных по углам равностороннего треугольника. Свечение люминофора вызывается переходом электронов с более высокого энергетического уровня на один из низших разрешенных уровней, в ходе которого выделяется квант света с энергией, определяемой разностью энергий верхнего и нижнего энергетических уровней. полупроводникам (донорным), и наличие дополнительных уровней в запрещенной зоне, определяющее их полупроводниковый характер, играет существенную роль в процессе возникновения свечения. Диэлектрик не может быть люминофором, это можно объяснить большой шириной запрещенной зоны, а значит, электроны будут обладать большой энергией при переходе из зоны проводимости в валентную зону. Большая энергия квантов дает малую длину волны, т.е. жесткий ультрафиолет. При бомбардировке кристаллов люминофора электронами часть электронов может быть переброшена из валентной зоны в зону проводимости, при этом некоторые электроны могут оказаться на уровнях лежащих выше потенциального барьера, тогда они могут выйти из кристалла, возникнет вторичная электронная эмиссия. Время послесвечения - время в течение которого люминофор излучает кванты света, уже не бомбардируясь электронами. Данное время обусловлено наличием так называемых электронных ловушек: локальных дефектов кристаллической решетки, захватывающих электроны из зоны проводимости и удерживающих их длительное время

.

Все люминофоры должны обладать высокой физико-химической стойкостью. Люминофор должен быть влагоустойчивым, иначе затрудняется его хранение и нанесение на подложку.

Люминофор не должен изменять своих свойств при нагреве до температуры 400--450°С вследствие необходимости прогрева колбы электронно-лучевых приборов до указанной температуры в процессе заварки и обезгаживания стекла. Он не должен заметно изменять свои параметры при измельчении до размера зерна в несколько микрометров. И, наконец, он должен быть хорошим вакуумным материалом, т. е. легко обезгаживаться и не выделять пара и газа в высоком вакууме.

По времени послесвечения экраны условно подразделяют на пять групп:

1) экраны с очень коротким послесвечением (менее 10^-5 с);

2) экраны с коротким послесвечением (10^-5--10^-2 с);

3) экраны со средним послесвечением (10^-2 --10^-1 с);

4) экраны с длительным послесвечением (10^-1 --16 с);

5) экраны с очень длительным послесвечением (более 16с).

Для кинескопов желательно иметь экран с длительностью послесвечения порядка несколько сотых секунды, поскольку при этом мелькание за счет смены кадров, происходящей с частотой 50 Гц, будет мало заметно. Большее время свечения экрана приведет к появлению «хвостов» за быстро движущимися деталями изображения.

Теневая маска.

Назначение теневой маски - обеспечить прохождение лучей только на свои группы люминофорных точек. Маска обеспечивает, например, попадание красного электронного луча только на красные люминофорные точки и препятствует попаданию этого луча на зеленые и синие точки. Так же обстоит дело и с двумя другими лучами.

Принцип действия маски поясняется на рисунке:

Алюминирование.

Поверх люминофора наносят алюминиевую пленку толщиной 0,2-0,3 мкм. Металлическая пленка, покрывающая люминофор, должна удовлетворять нескольким требованиям: быть достаточно прозрачной для электронов и непрозрачной для света и тяжелых заряженных частиц; иметь высокую отражательную способность; химически не реагировать с люминофором; допускать прогрев до высоких температур и хорошо обезгаживаться при прогреве; иметь не очень сложную технологию нанесения на слой люминофора. Перечисленным требованиям в значительной мере удовлетворяет алюминиевое покрытие. Алюминиевое покрытие прозрачно для электронов, но не прозрачно для световых лучей. Алюминиевая пленка позволяет увеличить потенциал экрана до потенциала коллектора. Предотвращает бомбардировку люминофора ионами (защищает), повышает яркость и контрастность. Максимальная толщина алюминиевой пленки на люминесцентном экране рассчитывается из допустимой потери энергии электронами при ее простреливании, минимальная (d_min) - определяется степенью проникновения иона водорода, обладающего наименьшим размером: d_min = 0,015U^0,83 мкм, U - потенциал, определяющий скорость электронов, кВ. Таким образом, величина d_min = 0,015(20)^0,83= 0,18 мкм.

Газопоглотители.

Газопоглотители служат в электровакуумных приборах для поддержания заданной степени разряжения, для сохранения долговечности активных катодов и высоковакуумного чисто электронного потока. В качестве газопоглотителя используется «Бати». «Бати» представляет собой пасту из смеси бариево-алюминиевого сплава и металлического титана. Присутствие титана приводит к хорошему спеканию остатков газопоглотителя после его распыления и резко замедляет распыление алюминия, так как из образующегося устойчивого соединения Al₃Ti испарение алюминия происходит при высоких температурах. «Бати» используется в виде пасты, намазываемой на лодочки из Mo или Ni, при нагреве до 800-900єC во время откачки газопоглотитель распыляется и на поверхности образуется металлическое зеркало, которое и является активным элементом газопоглотителя. Поглощаются такие газы как O₂, N₂, H₂, CO₂.

Монтажные выводы.

Монтажные выводы применяются для соединения электродов находящихся внутри колбы электронно-лучевого прибора с цоколем, через который происходит сообщение с периферийными устройствами прибора. Они представляют собой тонкие проволоки из проводника, которые привариваются к выводом цоколя, к электродам фокусирующей системы они привариваются внахлест, вдоль образующей цилиндра.

Заключение

В данном курсовом проекте был произведен расчет кинескопа. Хоть расчет и производился с некоторыми допущениями. Но главное, что автор более детально разобрался с принципом конструирования прибора. Конечно можно сказать, что кинескопы это уже «прошлый век», но ведь такая перспективная разработка как SED-дисплей, является по сути плоским кинескопом. И поэтому знания полученные в результате расчета цветного кинескопа, наверняка пригодятся в дальнейшем.

Список литературы

1.Лисицына Л.И. Расчет и конструирование кинескопов для черно-белого и цветного телевидения. Часть 1. Учеб. пособие. - Новосибирск: НГТУ, 2004.

2.Лисицына Л.И. Расчет и конструирование кинескопов для черно-белого и цветного телевидения. Часть 2. Учеб. пособие. - Новосибирск: НГТУ, 2005.

...