Электронно-лучевой коммутатор

 

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ КОММУТАТОР по авт. св. № 651428, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности преобразования при уменьшении массо габаритных характеристик устройства, в него введен дополнительный источник напряжения обратного смеш.ения, а коллекторные пластины выполнены из несимметричных полупроводниковых р-п-структур, сильно легированные области которых подключены к аноду электронного прожектора, а слаболегированные области через нагрузки подключены к источнику напряжения обратного смеш,ения р-я-переходов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН„„SU„„1167670 A

4(59 Н 01 J 31 02; H Ol J 31 50

/у;;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / "

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cb 3

С5 3

Фиг.!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 651428 (21) 3689716/24-21 (22) 09.01.84 (46) 15.07.85. Бюл. № 26 (72) А. Д. Битков и М. Г. Соколова (53) 621.382.835(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 651428, кл. Н Ol 1 31/02, Н 01 J 31/50, 1977 (прототип). (54) (57) ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ КОММУТАТОР по авт. св. № 651428, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и разрешающей способности преобразования при уменьшении массо габаритных характеристик устройства, в него введен дополнительный источник напряжения обратного смещения, а коллекторные пластины выполнены из несимметричных полупроводниковых р-и-структур, сильно легированные области которых подключены к аноду электронного прожектора, а слаболегированные области через нагрузки подключены к источнику напряжения обратного смещения р-и- переходов.

1167670

Изобретение относится к электроннолучевым коммутаторам, в частности к электронно-лучевым преобразователям видеосигнала изображения различных медицинских и промышленных объектов в многоцветные и многоградационные изображения на экране цветного телевизора.

По основному авт. св. № 651428 известен электронно-лучевой ком мутатор преобразования видеосигнала, соответствующего преимущественно рентгеновскому изображению объекта, содержащий внутри вакуумной оболочки электронный прожектор, систему отклонения и коллектор, состоящий из нескольких примыкающих друг к другу электрически изолированных пластин, разделенных по крайней мере на две изолированные части с отдельными выводами так, что отношение образующихся при этом участков площадей монотонно меняется по ходу перемещения электронного пучка в соответствии с заданным аналоговым законом преобразования, при этом размеры коллекторных пластин в направлении, перпендикулярном перемещению электронного пучка, не превышают размеры пучка.

Преобразуемый видеосигнал подается на горизонтально развертывающие пластины вызывая перемещение электронного пучка пропорционально 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 пучка отношение площадей участков пластин, коммутируемых электронным лучом, меняется и соответственно меняется ток на выходных шинах. Подавая три сигнала с выходных коллекторных шин на три прожектора цветного кинескопа, преобразуют градации яр. кости черно-белого изображения объекта в цветовые градации на экране цветного кинескопа.

При малых амплитудах видеосигнала, соответствующих слабо различимым деталям изображения, выходной ток усиливается до уровня тока при больших сигналах, что позволяет различать соответствующие этому слабому сигналу детали объекта.

Однако в известном коммутаторе из-за недостаточно высокой чувствительности для полного перемещения электронного пучка вдоль 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 коммутатора является также сравнительно большая сложность его устройства и технологии изготовления, обусловленные противоречивыми тре5

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 габаритновесовых характеристик устройства.

Цель достигается тем, что в электроннолучевой коммутатор введен дополнительный источник напряжения обратного смещения, а коллекторные пластины выполнены из несим метричных полупроводниковых р-иструктур, 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-и-перехода 14, контакты слабо легированных областей 15, нагрузки 16, пучок электро нов 17.

1167670

Электронный коммутатор содержит вакуумированную оболочку 1, в которой размещены электронный прожектор 2; горизонтально отклоняющие пластины 3 и многоэлектродный коллектор 4, защищенные от воздействия внешних магнитных полей экраном 5.

Коллектор 4 имеет форму прямоугольника ABCD, вытянутого в направлении сканирования и образованного прямоугольными пластинами 6, каждая из которых разделена прямыми линиями BE и ЕС на изолированные участки трапецеидального вида, имеющие отдельные выводы 7. Одновременно линиями

BE и ЕС коллекторный прямоугольник ABCD делится на три изолированные секции АВЕ, ВСЕ и ECD. Участки коллекторных пластин, входящие в каждую из этих секций, могут быть подсоединены к одной из общих шин 8, 9и 10.

Коллекторные пластины 6 представляют собой несимметричные полупроводниковые структуры. Сильно легированные области 1! полупроводника с электронной проводимостью очень тонкие и имеют малое сопротивление. Поэтому глубина залегания р-л-перехода, который должен быть очень резким, незначительна. Большая проводимость этой области необходима также для обеспечения эквипотенциальности всей поверхности полупроводника, подвергаемой электронной бомбардировке.

Контакты 12 сильно легированных областей 11 подключены к положительному полюсу источника анодного напряжения электронного прожектора 2. Они осуществляются посредством проводящих кольцевых полосок, гребешкообразных и тому подобных электродов. Слабо легированные области 13 полупроводника разделены от сильно легированных областей 11 обедненным носителями зарядов запорным слоем р- п-переходов 14, простирающимся главным образом в р-область, так как ее проводимость невелика по сравнению с проводимостью -n-области.

Контакты 15 слабо легированных областей через нагрузки 16 подключены к отрицательному полюсу источника напряжения смещения, а контакты 12 — к заземленному положительному полюсу этого источника, смещающего р-и-переход в обратном направлении. При этом в цепи эквивалентов нагрузки течет малый ток утечки 1т, обусловленный дрейфом неосновных носителей через р-п-переход.

Устройство работает следующим образом.

При включении электронного прожектора .2 электронный пучок 17 бомбардирует сильно легированные области 11. Ускоренные источником анодного напряжения электроны проникают в области переходов 14 структуры, где за счет своей кинетической энергии W=

= Еа генерируют пары свободных носителей зарядов. Если время их жизни т велико, то они успевают уходить в электроды. Поле на 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 1р, пропорциональный току пучка Ip=RIx, где ив коэффициент катодоусиления, определяемый отношением

Еа а—

Ес

1О где Е. — ускоряющее электронный пучок анодное напряжение электронного прожектора;

Е. — напряжение обратного смещения

15 р-п-перехода.

Выходной ток Ip зависит как от тока катода I., 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 амплитуды 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.

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 цве40 тах линии равного значения амплитуды видеосигнала (изоденсы и изотермы).

В режиме дискретизации, осуществляемом при попарном подключении на выход верхней и нижней частей пластины в одном ряду, прибор может служить чувствительным

4 индикатором превышения в каком-либо участке динамического изображения заданных уровней яркости или плотности, а также для фиксации мгновенных значений преобразуемого сигнала на 10 различных уровней.

При номинальном анодном напряжении

Es=+ -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.

1167670

Фиг,2

11на

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, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Уменьшение 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 коллек1О 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- 20 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 габаритновесовых характеристик.