一些电子技术问题中的物理原理xiugan

1、毕 业 论 文 目 录摘要1关键字11 引言12 摄像机的光电转换原理12.1 光电导靶的物理原理23 黑白电视机显像管电光转换原理33.1 电子枪3 阴极和栅极3 加速极3 第二、四阳极和聚焦极43.2 行、场偏转线圈54 日光灯工作的物理原理55 结束语6参考文献6 共 7 页4,585字一些电子技术问题中的物理原理陈 勇 （学号：20051516002）（物理与电子信息学院 物理学专业，2005级物理汉班，内蒙古 呼和浩特 010022）指导教师： 博战捷摘要：摄像管主要利用了光电导靶的光电效应原理实现光电转换的。 电子枪是应用了电子在电场中受电场力使电子加速和在磁场中受洛伦兹力偏转而实

2、现电子束的扫描。日光灯的工作原理是：根据不同金属的热涨系数不同而制成启辉器，相当于一个的自动开关，当启辉器两级断开时，利用镇流器产生的自感电动势点燃日光灯。关键词：光电导靶;光电效应;电子枪;电场力;伦兹力;日光灯;自感电动势1 引言物理学是一门来源于自然而又应用于自然的基础科学，它一方面带动了科学与技术的进步，另一方面又推动了文化、经济、社会的发展。因此关注物理原理在生产、生活中的应用，关注物理学与科学技术进步，经济繁荣，社会发展的互动作用，是当代大学生的义不容辞的责任。日常生活中，物理原理得到了广泛的应用，所以物理学和我们生活密切相关，下面从几个例子来说明物理原理在其中的应用。2 摄像机的

3、光电转换原理摄像机是用摄像管来把图像的光信号转变为相应的电信号的。把图像的光信号转换为相应的电信号是通过光电效应实现的。光电效应是指光照射到金属表面上，金属中的电子吸收了光子的能量之后，一部分能量消耗于电子的逸出功w，而另一部分则转换为电子的动能，促使这些电子逸出金属表面，形成光电流，即：光电效应示意图如右图，当电压越大，电流 图1.光电效应示意图计G指针偏转越大，说明阴极电流越大，当增大到一定数值后，阴极电流不再增大，而达到一饱和值，实验证明，当的值一定时，照射在光电管GD的光越强，阴极电流就越大，相当于光电管GD的电阻率越低，反之，阴极电流就越小，相当于光电管GD的电阻率越高。2.1 光电

4、导靶的物理原理摄像机的光电导靶将光信号转换为相应的电信号正是通过光电效应实现的，光电导靶应用的材料是三硫化二锑，用这种材料制成的光电转换板就相当于把许许多多个光电管组合在一起，当图像通过摄像机镜头成像于光电导靶上时，对应图像的亮点，它的电阻率高，形成的电流就小；对应图像的暗点，它的电阻率低，形成的电流就大。摄像管阴极发射的电子束打在光电导靶面上，这个靶面的前方是透明的导电金属膜，如图2，当给摄像管各电极施加正常的工作电压时，阴极发射电子在加速极、聚焦极形成的电场和套在管外的聚焦线圈的磁场作用下，将被加速且聚合成很细的电子束汇聚在光电导靶上。 图2.光电转换原理图光电导靶外沿和电源正极相接，吸引

5、打在它上面的电子束，而电源的负极和阴极相接，这样就构成了一个闭合回路。如图3：当电子束射到光电导靶面上某点时，便把该点对应的等效电阻接入信号板、等效电阻、电源E构成回路，根据闭合电路欧姆定律可知，回路中有电流产生，电流的大小与等效电 图3.光电导靶原理图阻有关， 即； 当对应像素亮度发生变化时，等效电阻发生变化，从而引起电流i发生变化，电流i流经负载时，在两端便形成了变化的电压，电压反映了对应像素亮度随时间的变化。当在偏转磁场作用下，电子束按照从左到右，自上而下的规律扫描靶面上各点，便把图像上按平面分布的各个像素的亮度一次转换成了按时间顺序传送的电信号，从而将实际的“光图像”转换成了靶面上的“

6、电图像”，实现了光到电的转换。 3 黑白电视机显像管电光转换原理电光转换过程也就是显像过程，是把由光电转换得到的代表实际景象的电信号，经过加工、处理、传输之后，在接收端经过反相的转化过程-电光转换，将电信号转换成反映实际景象的光信号，这一任务主要由电视接收机显像管中的电子枪来完成。普通黑白电视机显像管的结构如图4所示； 3.1 电子枪 图4.显像管的结构图电子枪是由装在一个真空玻璃管内的灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极等组成。 阴极和栅极灯丝给阴极加热，使之发射电子，栅极顶端中心开一小孔，让电子束通过。根据电磁学理论，阴极和栅极相当于平行板电容器的两个极板，阴极电位高，电场线从阴极指向栅极

7、，电子在电场中运动，受到向左的电场力，如图5，丙且阴极电位相对栅极越高，电子受到的电场力越大，通过小孔的电子数量越少，打到 图5.阴极-栅极-加速极的电场分布图荧光屏上光点越暗，反之，光点越亮。因此，将负极性信号加到阴极，就可用图像信号控制电子束的强弱。从而在显像管屏幕上还原出原图像的灰度层次。 加速极在栅极之后是加速极，加速极通常接有正的直流稳定电压，加速极的电压高于栅极电压，在加速极和栅极之间形成均匀的电场，电场线从加速极指向栅极，如图5，电子从栅极的小孔射出后受到向右的电场力，电子在电场力的作用下做加速运动，使电子进入聚焦极前初步形成射束，获得一定的能量，以轰击荧光屏上的荧光粉。 第二、

8、四阳极和聚焦极第二、四阳极由两节金属圆筒组成，两级用金属导线连接，聚焦极位于第二、四阳极之间，也呈圆筒形，电子束在阳极与加速极之间运动类似于电子在金属圆筒中的运动，根据电磁学理论，电子在刚进入第二阳极的时候，电子速度的方向与磁场的方向有一定的夹角，电子的速度可分解为平行于磁场的和垂直于磁场的，平行于磁场，故水平方向洛伦兹力，垂直于磁场，洛伦兹力F=qB,电子在洛伦兹力F的作用下在圆周运动，若圆周运动的半径为R，向心力为,根据力学中的原理，电子垂直方向上做圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得： ,得到圆周运动的半 径： 角速度： 频 率： 周 期：由上式可以看出，圆周运动的半径只依赖于v的垂直分量，

9、电子运动一周需要的时间为T,电子在金属圆筒中运动，除了有垂直于磁场的速度外还有平行于磁场的速度，即电子在垂直于磁场的方向上做圆周运动，在平行于磁场的方向上做匀速直线运动，所以电子在金属圆筒中的合运动为螺旋线运动。螺旋线的半径： 螺距：即螺距只于v的平行分量有关，由于电子通过栅极，加速极， 略有不同，可知螺旋线的半径不尽相同，而各个电子在平行于磁场的分量几乎相等，由可知他们的螺距相等，这样就使得开始时各个电子的速度各不相同，但当各自转了一圈后进彼此相聚于一点，实现了电子汇聚。加速极、第二、四阳极、聚焦极组合在一起使用，构成一个电子透镜，电子透镜相当于一个光学透镜，将一束平行光汇聚于一点，这就是为

10、什么把加速极、第二阳极、聚焦极称为电子透镜的原因。显像管很好的应用的这一物理原理实现了电子的加速、聚焦等。3.2 行、场偏转线圈偏转线圈包括行偏转线圈和场偏转线圈。行偏转线圈和场偏转线圈工作原理图如图6. 图6.行、场偏转线圈工作原理图 行偏转线圈分上、下两个绕组，彼此并联，在行偏转线圈中将产生垂直方向的均匀磁场，且磁场的强弱与电流的大小成正比，当电子枪射出的电子束通过该磁场时，电子受到洛伦兹力，由于电流产生磁场的方向是垂直方向，电子是水平向前运动的，应用右手螺旋定则，洛伦兹力F的方向应该是向左或向右的，故电子束将在水平方向偏转，洛伦兹力对电子不做功，只改变电子的运动方向。通过改变行偏转线圈中

11、的电流的大小，可以改变电子束在水平方向受到的力的大小，从而可以改变电子束的在水平方向偏转的程度，实现水平方向的扫描。场偏转线圈也分为两组，场偏转线圈将产生水平方向的均匀磁场，磁场的强弱与电流的大小成正比，当电子枪射出的电子束通过该磁场时，将产生垂直方向的偏转，从而完成垂直方向的扫描。当显像管中受电信号控制的电子束在偏转磁场作用下，按照与摄像管中电子束完全相同的规律扫描荧光屏，就把不同时刻电信号的大小转换成荧光屏上不同位置像素的亮暗，在完成时间-空间转换的同时，实现了电光转换，即将电信号在屏幕上变成了一幅平面的光学图像，完成电光转换，实现电视屏幕广播的目的。4 日光灯工作的物理原理日光灯的工作电

12、路图如右图：当开关S刚接通时灯丝为室温，不能发射电子，电流经过镇流器、灯丝、启辉器构成闭合回路，如图7回路1，当电流流过启辉器时，启辉器内部有两个电极，一个是由金属丝构成的静触片，另一个是由两种膨胀系数不同的金属辗合而成的倒U字形电极，平时两极互不接触，当开关S刚闭合后，启辉器中接近的两级就在电源电压的作用下立即点燃并出现辉光放电。离子的碰撞使金属片温度迅速升高，U字形电极因膨胀系数不同而向外弯曲，与静触片接通，形成闭合回路，停止辉光放电，经过几秒钟的时间，U字形电极因温度下降而与静触片断开，回路1断开，由于镇流器相当于一个电感元件，当电路断开的瞬间，镇流器要产生自感电 图7.日光灯的工作电路

13、图动势，根据电磁学理论，电路中电流发生变化时，电感元件、电容元件瞬间要产生很强的自感电动势。由回路2可以看出，镇流器产生的自感电动势加在灯管两端，使灯管两端出现高压把灯管点燃，灯管在点燃后电压回落，多余的电压将降在镇流器上。这就使日光灯工作时的物理原理，它巧妙的应用的了金属的热胀冷缩原理和自感现象，使灯管两端产生高压，轰击电子使的荧光粉发光。5 结束语另外还有很多电子技术中蕴涵物理原理，如源于半导体物理学、电子物理学研究的微电子技术的发展，导致了电子计算机的硬件系统从电子管到晶体管再到集成电路和大规模集成电路、超大规模集成电路的迅猛发展，医疗上用到的CT、磁共振成象、和激光手术等等。可以说，物

14、理学是一门实用性很强的科学，是一个充满活力的带头学科，他在各个领域都有很广泛的应用，总之，物理原理与电子科学技术的结合，在人们的生产和生活中发挥着日益重大的作用和影响，成为人们提高劳动生产率越来越有力的工具和武器。参考文献：1鬲淑芳，李宗领主编.黑白电视接收机原理与维修M.西安：陕西师范大学出版,1995.32呼力雅格其，杨立森，张天臣主编.近代物理实验M.呼和浩特：内蒙古师范大学物理与电子信息学院，2008.23黄永定主编.彩色电视接收机原理与维修技术M.北京：机械工业出版社，2005.104梁灿彬主编.普通物理教程电磁学M.北京：高等教育出版社，2004.55赵凯华、陈熙谋主编.新概念物理

15、教程电磁学M.北京：高等教育出版社，2003.4ELECTRONIC TECHNOLOGY IN THE PHYSICAL PRINCIPLESChen yong (Student ID:20051516002)(Institute of Physics and Electronic Information. Physics. Grade 2005.Han class，Inner Mongolia Hohhot 010022)Director: Bo ZhanjieAbstract: The main advantage of camera tube photoconductive targe

16、t to achieve the principle of photoelectric effect photoelectric conversion. Electron gun is the use of electronic in the electric field by electric force and the acceleration of electronic, In the magnetic field by the Lorentz force deflection and the realization of the scanning electron beam. Fluorescent work physical principles are: According to different coefficient of thermal barrier metal made of different starter, Equivalent to an automatic switch, When the starter-class disconnect between the two