Каталог радиолюбительских схем

ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР

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 светодиодов, характера поведения микроплазмы при динамическом пробое p-n перехода лавинных фотодиодов, процесса развития электронных лавин и стримеров в газовом разряде, изучения люминисценции 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 / проецируется линзовой системой 2 (например, объективом "Юпитер-3" или "Вега М-1") на фотокатод 3 с увеличением в 50-100 раз или в масштабе 1:1. Усиленное но 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.

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 R7-R14.

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

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

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

Конструкция и детали. Ферритовые магнитопроводы 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 н намотана на каркасе из оргстекла. Обмотки I и 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 R7- R14 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, R11 и R14 - КЭВ-0,5, подстроечные резисторы R1 и R16- ППБ-2, остальные резисторы - МЛТ-0,5, электролитические конденсаторы - К50-6 или К53-1. конденсаторы С4 - С10, С13 - С15 - ПОВ. Измерительные приборы ИП1 и ИП2 - микроамперметры М592 с током полного отклонения 300 мкА.

Транзисторы T1 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 подфокусирующих 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.

28 выставка конструкций радиолюбителей