Электронно-лучевой коммутатор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 676 1 1 3 1 50 4(59 Н 01 3 31 11 у; ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕПЬСТВ АВТОРСКОМУ С чувствительности и раз ности преобразования пр габаритных характеристи введен дополнительный ния обратного смещени пластины выполнены и полупроводниковых р-и легированные области к к аноду электронного пр легированные области ч ключены к источнику нап смещения р-и- переходов(Ь 3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54) (57) ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ КМУТАТОР по авт. св.651428, очающийся тем, что, с целью повыш решающеи способ. и уменьшении массо к устройства, в него источник напряжея, а коллекторные з несимметричных -структур, сильно оторых подключены ожектора, а слабоерез нагрузки подряжения обратногоИзобретение относится к электроннолучевым коммутаторам, в частности к электронно-лучевым преобразователям видеосигнала изображения различных медицинскихи промышленных объектов в многоцветныеи многоградационные изображения на экранецветного телевизора.По основному авт. св,65 428 известенэлектронно-лучевой коммутатор преобразования видеосигнала, соответствующего преимущественно рентгеновскому изображениюобъекта, содержащий внутри вакуумной оболочки электронный прожектор, систему отклонения и коллектор, состоящий из нескольких примыкающих друг к другу электрическиизолированных пластин, разделенных покрайней мере на две изолированные частис отдельными выводами так, что отношениеобразующихся при этом участков площадеймонотонно меняется по ходу перемещенияэлектронного пучка в соответствии с заданным аналоговым законом преобразования,при этом размеры коллекторных пластинв направлении, перпендикулярном перемещению электронного пучка, не превышают размеры пучка,Преобразуемый видеосигнал подаетсяна горизонтально развертывающие пластинывызывая перемещение электронного пучкапропорционально величине входного чернобелого изображения объекта, Размер электронного пучка в направлении, перпендикулярном сканированию, больше размера коллекторной пластины, так что пучок полностью перекрывает пластины в этом направлении, При перемещении электронного пучкаотношение площадей участков пластин, коммутируемых электронным лучом, меняетсяи соответственно меняется ток на выходныхшинах. Подавая три сигнала с выходныхколлекторных шин на три прожектора цветного кинескопа, преобразуют градации яр. кости черно-белого изображения объектав цветовые градации на экране цветногокинескопа.При малых амплитудах видеосигнала,соответствующих слабо различимым деталямизображения, выходной ток усиливается доуровня тока при больших сигналах, что позволяет различать соответствующие этомуслабому сигналу детали объекта.Однако в известном коммутаторе из-занедостаточно высокой чувствительности дляполного перемещения электронного пучкавдоль коллекторных пластин требуется большая амплитуда входного сигнала (23 В),что требует значительного усиления преобразуемых видеосигналов, ограничивая возможности его использования для преобразования низковольтных видеосигналов микроэлектронных устройств.Недостатком известного коммутатораявляется также сравнительно большая сложность его устройства и технологии изготовления, обусловленные противоречивыми тре 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 бованиями к качеству преобразования и размерам токоприемника. Для повышения разрешающей способности коммутатора необходимо увеличивать число коллекторных пластин без изменения их линейных размеров. При этом возрастают размеры операционной зоны, вес и габариты прибора, снижается его эксплуатационная надежность. Пропорциональное уменьшение линейных размеров коллекторных пластин и сечения электронного пучка, уменьшая выходной ток, снижает помехоустойчивость коммутатора и качество преобразования.Цель изобретения - повышение чувствительности и разрешающей способности преобразования при уменьшении габаритно- весовых характеристик устройства.Цель достигается тем, что в электроннолучевой коммутатор введен дополнительный источник напряжения обратного смещения, а коллекторные пластины выполнены из несим метричных полупроводниковых р-и- структур, сильно легированные области которых подключены к аноду электронного прожектора, а слабо легированные области через нагрузки подключены к источнику напряжения обратного смещения р-л- переходов.Достижение цели в техническом решении согласно данному изобретению обеспечивается компенсацией уменьшения тока пучка усилением выходного тока с помощью полупроводниковых структур. В свою очередь уменьшение тока и диаметра пучка позволяет уменьшить расстояние между горизонтально отклоняющими пластинами и линейные размеры коллекторных пластин, что повышает чувствительность и эксплуатационую надежность устройства. Кроме того, уменьшение линейных размеров коллекторных пластин и всей операционной зоны позволяет улучшить его габаритно-весовые характеристики и использовать вакуумную оболочку одного диаметра по всей длине прибора, что упрощает технологию его изготовления и расширяет области применения.На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - коллекторный узел; на фиг. 3 - полупроводниковая структура и схема ее включения.Устройство содержит вакуумную оболочку 1, электронный прожектор 2, отклоняющие пластины 3, многоэлектродный коллектор 4, магнитный экран 5, коллекторные пластины 6, выводы коллекторных пластин 7, общие шины секций коллектора 8, 9 и 10. Кроме того, показаны сильно легированные области полупроводника с электронной проводимостью 11, контакты сильно легированных областей 12, слабо легированные области полупроводника с дырочной проводимостью 13, обедненный носителями зарядов запорный слой р-п-перехода 14, контакты слабо легированных областей 15, нагрузки 16, пучок электро нов 17.Электронный коммутатор содержит вакуумированную оболочку 1, в которой размещены электронный прожектор 2; горизонтально отклоняющие пластины 3 и многоэлектродный коллектор 4, защищенные отвоздействия внешних магнитных полей экраном 5.Коллектор 4 имеет форму прямоугольника АБСИД, вытянутого в направлении сканирования и образованного прямоугольнымипластинами 6, каждая из которых разделенапрямыми линиями ВЕ и ЕС на изолированныеучастки тра пецеидального вида, имеющиеотдельные выводы 7. Одновременно линиямиВЕ и ЕС коллекторный прямоугольник АВСВделится на три изолированные секции АВЕ,ВСЕ и ЕС 0. Участки коллекторных пластин,входящие в каждую из этих секций, могутбыть подсоединены к одной из общих шин 8,9 и 10.Коллекторные пластины 6 представляютсобой несимметричные полупроводниковые 2 Оструктуры. Сильно легированные области 11полупроводника с электронной проводимостью очень тонкие и имеют малое сопротивление. Поэтому глубина залегания р-а-перехода, который должен быть очень резким,незначительна, Большая проводимость этойобласти необходима также для обеспеченияэквипотенциальности всей поверхности полупроводника, подвергаемой электронной бомбардировке,Контакты 12 сильно легированных областей 11 подключены к положительному полюсу источника анодного напряжения электронного прожектора 2. Они осуществляютсяпосредством проводящих кольцевых полосок,гребешкообразных и тому подобных электродов. Слабо легированные области 13 полупроводника разделены от сильно легированных областей 11 обедненным носителямизарядов запорным слоем р- и-переходов 14,простирающимся главным образом в р-область, так как ее проводимость невеликапо сравнению с проводимостью -а-области. 4 ОКонтакты 15 слабо легированных областей через нагрузки 16 подключены к отрицательному полюсу источника напряжениясмещения, а контакты 12 к заземленномуположительному полюсу этого источника,смещающего р-и-переход в обратном на 45правлении. При этом в цепи эквивалентовнагрузки течет малый ток утечки 1 т, обусловленный дрейфом неосновных носителей черезр-п-переход.Устройство работает следующим образом.При включении электронного прожектора,2 электронный пучок 17 бомбардируетсильно легированные области 11. Ускоренныеисточником анодного напряжения электроныпроникают в области переходов 14 структуры,где за счет своей кинетической энергии % - уЮа генерируют пары свободных носителейзарядов. Если время их жизни т велико,то они успевают уходить в электроды. Полена переходе 14 велико, так как на сравнительно малом зазоре падает практически все приложенное к структуре напряжение, Разделенные полем переходов носителя зарядов создают во внешней цепи ток 1 Р, пропорциональный току пучка 1 Р - сс 1, где а коэффициент катодоусиления, определяемый отношением Ес При введении внешних переключателей между выходным контактом каждой коллекторной пластиной внутри секции осуществляется второй режим, при котором появляется возможность селективного повышения контраста отдельных деталей за счет выключения сигналов, снижающих контраст за счет создаваемого фона. Кроме того, в этом режиме можно получить в разных цветах линии равного значения амплитуды видеосигнала (изоденсы и изотермы).В режиме дискретизации, осуществляемом при попарном подключении на выход верхней и нижней частей пласти ны в одном ряду, прибор может служить чувствительным индикатором превышения в каком-либо участке динамического изображения заданных уровней яркости или плотности, а также для фиксации мгновенных значений преобразуемого сигнала на 1 О различных уровней.При номинальном анодном напряжении Еа 250 В и типовом напряжении смещения Е 10 В коэффициент катодного усиления равен 25. Поэтому применение технического решения согласно изобретению позволяет на порядок (с 50 до 5 мкА) уменьшить ток электронного пучка без уменьшения выходного тока коллектора, равного 125 мкА, т. е. в два раза большего, чем в известном техническом решении. где Е. ускоряющее электронный пучоканодное напряжение электронного прожектора;напряжение обратного смещения р-п-перехода.Выходной ток 1 зависит как от тока катО- да 1., так и от площади полупроводниковой структуры, подвергаемой бомбардировке, которая монотонно изменяется по ходу перемещения электронного потока в соответствии с аналоговым законом преобразования. При этом предложенный коммутатор, как и базовый вариант, работает в трех режимах: аналоговом, аналого-дискретном и дискретном.В режиме аналогового функционального преобразователя ампл итуды видеосигнала положен известный принцип разделения сигнала по амплитуде на три сигнала. При подаче их на три прожектора можно получить гамму цветовых окрасок исходного полутонового изображения. Этот режим осуществляется при подключении коллектора группами по трем секциям.1167670 фиг,2 1 блна Составитель Е. Пчелов Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор И. Эрдейн Заказ 4441/50 Тираж 679 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам нзобретении и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Уменьшение тока пучка на порядок позволяет не менее чем в два раза уменьшить его диаметр и соответственно примерно в два раза уменьшить расстояние между горизонтально отклоняющими пластинами, что во столько же раз повышает чувствительность прибора, Повышение чувствительности в два раза уменьшает амплитуду полного размаха входного сигнала с 23 до 10 - 12 В даже при сохранении прежних размеров коллек 1 О торных пластин.Однако для сохранения аналогового закона преобразования при уменьшении диаметра электронного пучка необходимо пропорционально уменьшить линейные размеры коллекторных пластин и расстояние между ними. Это позволяет примерно в два раза уменьшить диаметр операционной зоны и тем самым обеспечить размещение всех узлов прибора в вакуумной оболочке одного диаметра, что значительно упрощает технологию изготовления прибора и облегчает размеще ние его в аппаратуре.Уменьшение линейных размеров коллекторных пластин в два раза позволяет соответственно уменьшить размах амплитуды входного сигнала. Поэтому с учетом повышения чувствительности, достигаемой при уменьшении расстояния между отклоняющими пластинами, размах амплитуды входного сигнала уменьшается до 5 - 6 В. При этом упрощается согласование предложенного коммутатора с современной элементной базой, расширяя области его применения на различные микроэлектронные устройства. Повышение разрешающей способности коммутатора достигается возможностью увеличения числа коллекторных пластин за счет уменьшения их линейных размеров, что при достигнутом уровне отечественной вакуумной и полупроводниковой технологии не представляет затруднений.Высокая эксплуатационная надежность коммутатора обеспечивается выполнением полупроводниковых структур на твердом керамическом основании методами планарной технологии и вакуумного напыления. Керамика легко и надежно металлизируется на любом участке, что упрощает соединение полупроводниковых структур с сопрягаемыми элементами электронно-лучевых приборов, обладает повышенной электрической, термической и механической стойкостью.Экономический эффект от внедрения электронно-лучевого коммутатора, выполненного согласно изобретению, определяется уменьшением стоимости его изготовления при использовании коммутатора вместо известного базового и уменьшения габаритно- весовых характеристик.