Електронно-оптичні ІНДИКАТОР

В. Жаворонков, С. Жаворонков

Останнім часом арсенал технічних засобів, що використовуються для наукових досліджень, поповнився новим класом приладів – електронно-оптичними перетворювачами. Ці прилади стали вельми універсальним інструментом досліджень в самих різних областях науки і техніки.

Індикатор, який описується нижче, призначений для візуалізації просторової картини слабкого світіння об'єктів у видимій та ближній інфрачервоній областях спектру. Прилад може бути використаний, наприклад, при дослідженнях оптичних і фотоелектричних властивостей напівпровідників світлодіодів, характеру поведінки мікроплазми при динамічному пробої pn переходу лавинних фотодіодів, процесу розвитку електронних лавин і стримерів в газовому розряді, вивчення люмінісценциі і т.д. Основні параметри індикатора: спектральний діапазон чутливості вхідного фотокатод 400-900 нм; ефективний коефіцієнт посилення яскравості реєструючої системи близько 1000; середня роздільна здатність по робочому полю 1915 штрихів на міліметр; діаметр робочої частини вхідного фотокатод 18 мм; розмір робочого поля на вихідному екрані 30 мм; електронно-оптичне збільшення до 1,5; оптичні спотворення, що вносяться підсилювачем яскравості, не більше 5% в межах робочого поля вихідного екрану; споживана потужність близько 1 Вт; габарити 820X200X280 мм, маса не більше 5 кг.

Електрична схема приладу зображена на малюнку. До складу приладу входять оптичний блок індикації і високовольтні перетворювачі напруги. Підсилювач яскравості виконаний на основі трикамерного електронно-оптичного перетворювача типу У-72М з електростатичною фокусуванням електронного зображення. Цей перетворювач має многощелочной вхідний і вихідний фотокатод люмінісцентний екран жовто-зеленого свічення.

Принцип роботи перетворювача заснований на посиленні струму й одночасному покаскадном перетворення електронного зображення в світлове підсилювальним елементами "люмінофор-фотокатод". Зображення випромінюючого об'єкту / проектується лінзової системою 2 (наприклад, об'єктивом "Юпітер-3" або "Вега М-1") на фотокатод 3 із збільшенням у 50-100 разів чи в масштабі 1:1. Посилена але яскравості і перетворене в видиму область спектру зображення реєструється з вихідного екрана 4 фотокамерою 5 ("Зеніт В", "Нарцис" і т. п.) або спостерігається візуально. Якість зображення на екрані індикатора визначається характеристиками застосовуваних об'єктивів – роздільною здатністю, оптичними спотвореннями.

Блок живлення приладу являє собою два транзисторних перетворювача напруги з помножувача і випростувачами. Обоє працюють у режимі переривчастою генерації, що забезпечує більшу економічність. Блок живлення забезпечує високу напругу – 15 кВ і 30 кВ. Отримання необхідного для кожної камери прискорюючого напруги досягається поділом напруги дільником, складеним з резисторів R7-R14.

Фокусування зображення на вихідному екрані приладу досягається установкою певного потенціалу на подфокусірующіх електродах щодо катодів (у кожній камері) підбором резисторів R7, R9 і R13.

Для захисту від сильних вхідних променистих потоків передбачені обмежувальні резистори струмі R10, R12, R15 і R19.

Запропонована схема роздільного харчування з про щів заземленою точкою дозволяє регулювати коефіцієнт посилення яскравості в широких межах не змінюючи інших оптичних параметрів індикатора.

Конструкція і деталі. Ферритові магнітопроводи трансформаторів Tp1 і ТР2 використані від промислового трансформатора ТВЗ-110 П2. Високовольтні обмотки II трансформатора Tp1 і III, трансформатора ТР2 містять по 6000 витків дроту ПЕВТЛ-2 0,09 і намотані на багатосекційні каркасі з фторопласту (дев'ять секцій шириною по 2 мм). У високовольтної котушці введення кожної секції ізольований від обмотки фторопластовою стрічкою товщиною 100 мкм. Вихід обмоток виконаний високовольтних фторопластовим дротом. Котушки після намотування потрібно просочити парафіном.

Низьковольтна обмотка I трансформатора Tp1 має 10 витків дроту ПЕВ-2 0,51 з відведенням від середини н намотана на каркасі з оргскла. Обмотки I і II трансформатора Тр 2 містять відповідно 5 витків дроти ПЕВ-2 0,51 і 15 витків дроту ПЕВ-2 0,31 і намотані на каркасі з оргскла одна поверх іншої.

Ізоляцією між обмотками служить поліетиленова плівка.

Високовольтні помножувачі напруги (Д1 – Д7, С4 – С10 і Д8 – Д10, С13 – С15) разом з резисторами R15 і R19 залиті парафіном. Дільник напруги з резисторів R7-R14 залитий епоксидним компаундом. Всі з'єднання до точок з високим потенціалом виконані фторопластовим проводом МГТФ 0,12.

Контакти до катодів і подфокусірующім електродів представляють собою латунні ковпачки з оболонкою з фторопласту.

У конструкції застосовані наступні деталі: резистори R8, R11 і R14 – КЭВ-0, 5, підлаштування резистори R1 і R16-ППБ-2, інші резистори – МЛТ-0, 5, електролітичні конденсатори – К50-6 або К53-1. конденсатори С4 – С10, С13 – С15 – ПОВ. Вимірювальні прилади ІП1 і ІП2 – мікроамперметра М592 зі струмом повного відхилення 300 мкА.

Транзистори T1 і Т2 повинні бути підібрані з близькими параметрами.

Налагодження. Правильно зібраний блок живлення налагодження не вимагає.

Вольтметри ІП1 і ІП2 градуіруют в кіловольт. Змінюючи напруга живлення резисторами R1 і R16, встановлюють робочі напруги.

Зміною прискорюючого напруги на першій камері резистором R16 регулюють посилення приладу.

Налаштування власне електронно-оптичного перетворювача зводиться до підбору фокусуючих резисторів R7, R9 і R13 для отримання оптимальної фокусування на екрані. Потенціал на подфокусірующіх електродах щодо катодів в кожній камері становить ± (3-120) В. Розміщення резисторів R7, R9 і R13 повинно допускати можливість перемикання висновків, якщо на відповідний подфокусірующій електрод потрібно подати негативний потенціал щодо катода в процесі настройки приладу.

Випробування розробленого приладу показали, що він простий і зручний в обігу. Його застосування дозволяє на 2-4 порядку підвищити чутливість оптичної реєстрації слабосветящіхся об'єктів.

В даний час прилад використовується у дослідницькій практиці в галузі фізики твердого тіла і фізики газового розряду.

Описана конструкція може бути також використана для посилення яскравості осцілограм одноразових сигналів з екрана швидкісних осцилографів надвисокочастотного діапазону. Індикатор може знайти застосування і в медичних або біологічних дослідженнях, наприклад для вивчення біологічних об'єктів у поєднанні з оптичним мікроскопом, в астрономічних спостереженнях слабких зірок, а також у шкільних та вузівських навчальних експериментах з фізики.

28 виставка конструкцій радіоаматорів