ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

May 7, 2010 by admin Комментировать »

В. Жаворонков, С. Жаворонков

В последнее время арсенал технических средств, используемых для научных исследований, пополнил­ся новым классом приборов — электронно-оптиче­скими преобразователями. Эти приборы стали весь­ма универсальным инструментом исследований в самых различных областях науки и техники.

Индикатор, описываемый ниже, предназначен для визуализации пространственной картины слабого свечения объектов в видимой и ближней инфракрас­ной областях спектра. Прибор может быть исполь­зован, например, при исследованиях оптических и фотоэлектрических свойств полупроводников свето-диодов, характера поведения микроплазмы при ди­намическом пробое р-n перехода лавинных фото­диодов, процесса развития электронных лавин и стримеров в газовом разряде, изучения люминисцен-ции и т. д.

Основные параметры индикатора: спектральный диапазон чувствительности входного фотокатода 400 — 900 нм; эффективный коэффициент усиления яркости регистрирующей системы около 1000; сред­няя разрешающая способность по рабочему полю 15 штрихов на миллиметр; диаметр рабочей части входного фотокатода 18 мм; размер рабочего поля на выходном экране 30 мм; электронно-оптическое увеличение до 1,5; оптические искажения, вносимые усилителем яркости, не более 5% в пределах рабо­чего поля выходного экрана; потребляемая мощ­ность около 1 Вт; габариты 820X200x280 мм, мас­са не более 5 кг.

Электрическая схема прибора изображена на рисунке. В состав прибора входят оптический блок индикации и высоковольтные преобразователи на­пряжения. Усилитель яркости выполнен на основе трехкамерного электронно-оптического преобразова­теля типа У-72М с электростатической фокусиров­кой электронного изображения. Этот преобразова­тель имеет многощелочной входной фотокатод и вы­ходной люминисцентный экран желто-зеленого свечения.

Принцип работы преобразователя основан на усилении тока и одновременном покаскадном преоб­разовании электронного изображения в световое усилительными элементами «люминофор-фотока­тод». Изображение излучающего объекта 1 проеци­руется линзовой системой 2 (например, объективом «Юпитер-3» или «Вега М-1») на фотокатод с2 с увеличением в 50 — 100 раз или в масштабе 1:1. Усиленное по яркости и преобразованное в видимую область спектра изображение регистрируется с выходного экрана 4 фотокамерой 5 («Зенит В», «Нарцисс» и т. п.) или наблюдается визуально. Качество изо­бражения на экране индикатора определяется ха­рактеристиками применяемых объективов — разре­шающей способностью, оптическими искажениями.

clip_image002

Принципиальная схема электронно-оптического индикатора

Блок питания прибора представляет собой два транзисторных преобразователя напряжения с умно­жителями и выпрямителями. Оба работают в режи­ме прерывистой генерации, что обеспечивает боль­шую экономичность. Блок питания обеспечивает вы­сокое напряжение — 15 кВ и +30 кВ. Получение необходимого для каждой камеры ускоряющего на­пряжения достигается делением напряжения делите­лем, составленным из резисторов R7R14.

Фокусировка изображения на выходном экране прибора достигается установкой определенного по­тенциала на подфокуснрующих электродах относи­тельно катодов (в каждой камере) подбором рези­сторов R7, R9 и R13.

Для защиты от сильных входных лучистых пото­ков предусмотрены ограничительные резисторы тока R10, R12, R15 и R19.

Предложенная схема раздельного питания с об­щей заземленной точкой позволяет регулировать ко­эффициент усиления яркости в широких пределах, не изменяя других оптических параметров инди­катора.

Конструкция и детали. Ферритовые магнитопро-воды трансформаторов Tp1 и Тр2 использованы от промышленного трансформатора ТВС-110 П2. Вы­соковольтные обмотки II трансформатора Tp1 и III трансформатора Тр2 содержат по 6000 витков про­вода ПЭВТЛ-2 0,09 и намотаны на многосекционном каркасе из фторопласта (девять секций шириной по 2 мм). В высоковольтной катушке ввод каждой сек­ции изолирован от обмотки фторопластовой лентой толщиной 100 мкм. Выход обмоток выполнен высо­ковольтным фторопластовым проводом. Катушки после намотки нужно пропитать парафином.

Низковольтная обмотка I трансформатора Tp1 имеет 10 витков провода ПЭВ-2 0,51 с отводом от середины и намотана на каркасе из оргстекла. Об­мотки I u II трансформатора Тр 2 содержат соответ­ственно 5 витков провода ПЭВ-2 0,51 и 15 витков провода ПЭВ-2 0,31 и намотаны на каркасе из орг­стекла одна поверх другой.

Изоляцией между обмотками служит полиэтиле­новая пленка.

Высоковольтные умножители напряжения (Д1 — Д7, С4 С10 и Д8 — Д10, С13 — С15) вместе с ре­зисторами R15 и R19 залиты парафином. Делитель напряжения из резисторов R7R14 залит эпоксид­ным компаундом. Все соединения к точкам с высо­ким потенциалом выполнены фторопластовым про­водом МГТФ 0,12.

Контакты к катодам и подфокусирующим элек­тродам представляют собой латунные колпачки с оболочкой из фторопласта.

В конструкции применены следующие детали: ре­зисторы R8, RI1 и R14 — КЭВ-0,5, подстроечные ре­зисторы RI и RI6 — ППБ-2, остальные резисторы — МЛТ-0,5, электролитические конденсаторы — К50-6 или К53-1, конденсаторы C4 — –CI0, С13 — С15 — ПОВ. Измерительные приборы ИП1 и ИП2 — мик­роамперметры М592 с током полного отклонения 300 мкА.

Транзисторы TI и Т2 должны быть подобраны с близкими параметрами.

Налаживание. Правильно собранный блок пи­тания налаживания не требует.

Вольтметры ИП1 и ИП2 градуируют в киловоль­тах. Изменяя напряжение питания резисторами R1 и R16, устанавливают рабочие напряжения.

Изменением ускоряющего напряжения на первой камере резистором R16 регулируют усиление при­бора.

Настройка собственно электронно-оптического преобразователя сводится к подбору фокусирующих резисторов R7, R9 и R13 для получения оптимальной фокусировки на экране. Потенциал на подфокуси-рующих электродах относительно катодов в каждой камере составляет ± (3 — 120) В. Размещение рези­сторов R7, R9 и R13 должно допускать возможность переключения выводов, если на соответствующий подфокусирующий электрод нужно подать отрица­тельный потенциал относительно катода в процессе настройки прибора.

Испытания разработанного прибора показали, что он прост и удобен в обращении. Его применение позволяет на 2 — 4 порядка повысить чувствитель­ность оптической регистрации слабосветящихся объектов.

В настоящее время прибор используется в иссле­довательской практике в области физики твердого тела и физики газового разряда.

Описанная конструкция может быть также ис­пользована для усиления яркости осциллограмм од­нократных сигналов с экрана скоростных осциллог­рафов сверхвысокочастотного диапазона.

Индикатор может найти применение и в меди­цинских либо биологических исследованиях, напри­мер для изучения биологических объектов в сочетании с оптическим микроскопом, в астрономи­ческих наблюдениях слабых звезд, а также в школь­ных и вузовских учебных экспериментах по фи­зике.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты