Teema 4, Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed (2)

Teema 4. Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
Käesolev tekst on osa abistavast j a täiendavast loengumaterj alist dots . Mihhail Pikkovi loengukonspekti j uurde õppeaines " Elektroonika alused".
M.Pikkovi ainekava ja konspekti järgsed allteemad ( http://www.ttykk.edu.ee/aprogrammid/elektroonika_alused_MP.pdf ; lk. 8...10 ja 42...51): - Valgusdiood - Fotodiood - Fototakisti - Fototransistor - Fototüristor - Optronid - Infoesitusseadmed: elektronkiiretoru , vedelkristallpaneel, plasmapaneel, elektroluminestsentspaneel
Käesoleva teksti sisujaotus: 4.1 Optoelektroonika mõiste ja sinna kuuluvate seadiste liigitus 4.2 Valgustundlikud seadised 4.2.1 Fotoefekti liigid 4.2.2 Sisefotoefektil põhinevad seadised 4.2.2.1 Fototakisti 4.2.2.2 Fotodiood 4.2.2.3 Fototransistor 4.2.2.4 Fototüristor 4.2.3 Välisfotoefektil põhinevad seadised 4.2.3.1 Vaakuumfotoelement e. fotorakk 4.2.3.2 Fotokordisti 4.3 Valgust emiteerivad seadised 4.3.1 Hõõglamp ja sellel põhinevad indikaatorseadised 4.3.2 Huumlamp ja sellel põhinevad indikaatorseadised 4.3.3 Vaakuumluminestsentsindikaator 4.3.4 Valgusdiood ja sellel põhinevad indikaatorseadised 4.3.5 Laserdiood 4.3.6 Plasmapaneel 4.3.7 Elektroluminestsentspaneel 4.3.8 Elektronkiiretoru 4.4 Optronid 4.5 Valguskiirgust mõjutavad seadised 4.5.1 Vedelkristallid ja LCD- paneel
Kasulik meelde jätta: - Valgusdioodid - Optronid, kõige kiiretoimelisem optron - Elektronkiiretoru - Vedelkristallpaneel. Eelised, puudused.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
1 (43) 4.1 Optoelektroonika mõiste ja optoelektroonsete seadiste liigitus Optoelektroonika on elektroonika haru, mis tegeleb valgussignaalide elektrilisteks (ja vastupidi) muundamise teooriaga ning selle rakendamisega infotöötlus-, infosäilitus- ja infoedastussüsteemides.
Valgus on laiemas tähenduses sama mis optiline kiirgus. Kitsamas tähenduses mõeldakse valguse all nähtavat valgust.
Optiline kiirgus on elektromagnetkiirgus lainepikkuste vahemikus 10 nm...1 mm, hõlmates infrapunase, nähtava ja ultraviolettkiirguse.
Infrapunane kiirgus on silmale nähtamatu elektromagnetkiirgus lainepikkuste vahemikus 0,77 mm...1 mm. Sellest pikema lainepikkusega elektromagnetlained kuuluvad raadiolainete hulka.
Nähtav valgus on optiline kiirgus (elektromagnetkiirgus) lainepikkuste vahemikus 380...770 nm, mis vahetult tekitab inimsilmas nägemisaistingu. Inimese silma valgustundlikkus on maksimaalne lainepikkusel umbes 550 nm (roheline valgus); tundlikkus langeb nullini lainepikkustel 770 nm (infrapunane piir) ja 380 nm (ultraviolettpiir).
Ultraviolettkiirgus on silmale nähtamatu elektromagnetkiirgus lainepikkuste vahemikus u. 10...380 nm. Sellest lühema lainepikkusega on röntgenkiirgus ja gammakiirgus .
Optoelektroonsed seadised võib liigitada järgmiselt:
- valgustundlikud seadised; - valgust emiteerivad seadised; - optronid, milles on ühendatud valgust emiteeriv seadis ja valgustundlik seadis; - valguskiirgust mõjutavad seadised (LCD- paneelid ).
Optoelektroonika teemal sõna võttes kasutatakse sageli mõistet `fotoelement', mille tähendus on ebamäärane. Üldmõistena võib `fotoelement' tähendada fotoelektrilist seadist, mille töö põhineb fotokatoodi või pooljuhi valgustamisel tekkival fotoefektil. Esimesel juhul on tegemist välisfotoefektiga, teisel juhul sisefotoefektiga.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
2 (43) Joonis 4.1. Elektromagnetiline spekter [ http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectru m]
4.2 Valgustundlikud seadised Valgustundlike seadiste töö põhineb sise- või välisfotoefektil.
4.2.1 Fotoefekti liigid Sisefotoefekt (sisemine fotoefekt ) on elektromagnetkiirguse mõjul toimuv elektronide energiatasemete ümberjaotumine pooljuhtides ja dielektrikutes, mis avaldub fotojuhtivuse või fotoelektromotoorjõu kaudu.
Fotojuhtivus on aine elektrijuhtivuse muutumine optilise kiirguse (elektromagnetkiirguse) toimel. Fotojuhtivust põhjustab elektromagnetkiirguse
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
3 (43) neeldumisega kaasnev elektronide jaotuse muutumine pooljuhis või dielektrikus; p-n siirde olemasolu ei ole siin vajalik. Fotojuhtivusel põhineb näiteks fototakistite töö.
Ventiilfotoefekt on sisefotoefekt pn-siirde tõkkekihis, mis avaldub foto- elektromotoorjõu tekkimisena kahe pooljuhi kokkupuutepinna või pooljuhi ja metalli kokkupuutepinna valgustamisel. Ventiilfotoefektil põhineb fotodioodide ja päikesepatareide töö.
Välisfotoefekt e. fotoelektroniemissioon on elektronide väljumine ainest elektromagnetkiirguse toimel. Välisfotoefekt on kvantnähtus: selleks et fotoelektron ainest väljuks, peab temas neelduma footon e. valguskvant e. elektromagnetvälja kvant . Välisfotoefekti rakendatakse vaakuumfotoelementides ja ioonfotoelementides ning fotokordistites.
4.2.2 Sisefotoefektil põhinevad seadised
4.2.2.1 Fototakisti Fototakistid põhinevad sisefotoefektil, mis avaldub pooljuhi elektrijuhtivuse muutumisel valguse toimel ergastuvate elektronide ja aukude tõttu.
Fototakisti on kahe elektroodiga pooljuhtfotoelement, mille elektrijuhtivus sõltub seadisele langeva kiirguse intensiivsusest ja spektrist. Fototakistite omadused sõltuvad temperatuurist, neil on suur eritundlikkus (mitusada mA/(V*lm)) ja suur ajakonstant (0,01...10 ms), mittelineaarne valguskarakteristik ja suur müratase. Neid kasutatakse kiirgusdetektoritena (sensoritena) automaatreguleerimissüsteemides jm.
Fototakisti koosneb klaasplaadist, millele on kantud õhuke pooljuhi kiht. Pooljuhi kahele vastasküljele on kinnitatud metallelektroodid. Pliisulfiidist fototakisti reageerib kõige tundlikumalt infrapunasele kiirgusele. Vismutsulfiidist fototakisti reageerib kõige tundlikumalt kiirgusele, mille lainepikkus asub infrapunase ja nähtava valguse spektriala piiril. Kaadmiumsulfiidist fototakisti on kõige tundlikum nähtavale valgusele .
Joonis 4.2. Fototakisti ehitus, tingmärk ja väliskuju [5]
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
4 (43) Valgustamata fototakisti takistus on eri tüüpidel kümnetest kW kuni sadade MW, sõltudes oluliselt temperatuurist. Valgustamisel võib takistus väheneda mitme suurusjärgu võrra. Fototakisti iseloomulik parameeter eritundlikkus on fotovoolu tugevus valgusvoo ühiku kohta pingel 1 V.
Pikkov lk 45
Pikkov lk 46
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
5 (43) 4.2.2.2 Fotodiood Fotodiood on pooljuhtdiood , mille parameetrid sõltuvad pn-siirde valgustatusest. Fotodioodi tundlikkus oleneb valguse lainepikkusest. Tundlikkus on suurim tavaliselt infrapunases spektrialas.
Fotodiood on pooljuhtdiood, mille pn-siirde piirkonda langev valgusvoog tekitab seal laengukandjaid ( elektron -auk- paare ). Siirde elektriväli eraldab tekkinud elektronid ja augud nii, et viimased kogunevad p-kihti, elektronid aga jäävad n-piirkonda. Seetõttu tekib dioodi viikude vahel potentsiaalide vahe mida nimetatakse fotoelektro- motoorjõuks. Seda saab kasutada fotovoolu tekitamiseks dioodiga ühendatud koormustakistis R (joonis 4.3 a). Antud juhul töötab diood fotogeneraatorina.
Fotodioode saab kasutada ka fotomuundurina koos välise toiteallikaga, mille pinge rakendatakse dioodile tõkkesuunas (joonis 4.3 b). Valgustuse puudumisel läbib dioodi nõrk vastuvool IR (pimevool). Siirdele langeva valguse mõjul tema juhtivus suureneb ning vastavalt tugevneb ka teda läbiv üldvool. Vool kasvab seda enam, mida tugevam on valgusvoog. Selles reziimis on inerts väga väike ja fotodioodi saab kasutada väga kiirete (isegi nanosekundiliste) valgusmuutuste registreerimiseks. Seejuures on voolu muutused praktiliselt lineaarses sõltuvuses valgustustugevusest.
Joonis 4.3. Fotodioodide lülitusviisid: (a) fotogeneraatorina; (b) fotomuundurina [2].
Kuna fotodioodi vastuvool kasvab valgustustiheduse kasvades küllalt lineaarselt, siis on võimalik kasutada teda näiteks valgustustiheduse mõõtmiseks (luksmeetrid). Fotodioodi pinge-voolu tunnusjoon on toodud joonisel 4.4.
Joonis 4.4. Fotodioodi pinge-voolu tunnusjooned [2].
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
6 (43) Fotovoolu võimendamiseks tuleb tema väljundisse ühendada võimendi, milleks reeglina kasutatakse operatsioonivõimendit. Sageli on vajalik võimendi selline lülitus, et ta toimiks voolu-pinge muundurina.
Lisaks tavalistele pn- siirdega fotodioodidele toodetakse pin-struktuuriga dioode, kus p- ja n-kihi vahel on õhuke väikese omajuhtivusega i-kiht. Sellised fotodioodid on märksa kõrgsageduslikumad, tajudes valguse muutust mõne nanosekundi jooksul.
Kiiretoimelised on ka Schottky barjääriga fotodioodid. Väga nõrga valgussignaali korral kasutatakse laviinfotodioode. Nende npip-struktuuris on i-kiht täielikult vaesunud ( vastupinge piisavalt tugev) ning seal toimib tugev elektriväli, mis suurendab toimekiirust ja võib põhjustada laengukandjate laviinpaljunemist.
Paljudest fotodioodidest koostatud päikesepatareid kasutatakse autonoomse elektritoiteallikana. Eesti laiuskraadidel langeb Päikeselt maapinna ühele ruutmeetrile keskmiselt 1000 W energiat, ekvaatoril aga ligi 1500 W/m2. Päikesepatareisid valmistatakse nii räni kui galliumarseniidi baasil, nende kasutegur on 15...30%. Seega peaks meie kliimas saama 1 m2-lt keskmiselt 200 W elektrienergiat.
Joonis 4.5. Fotodioodi ehitus, tingmärk ja väliskuju. Mõnel neist on valgusdioodiga sarnanev korpus. [3, 5].
Fotodioodide eelkäijateks olid ventiilfotoelemendid. Ventiilfotoelemendi metallalusel on pooljuhikiht, sellele on pihustatud õhuke poolläbipaistev metallikiht, mis on teiseks elektroodiks. Pooljuhi ja metalli vahel tekib tõkkekiht (pn-siire), millel on ventiiliomadused ja fotoelektromotoorjõu tekitamise võime. Toodeti vaskoksiid, seleen , väävel- tallium - ja väävelhõbe-ventiilfotoelemente.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
7 (43) Pikkov lk 44
Pikkov lk 45
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
8 (43) 4.2.2.3 Fototransistor Fototransistor on bipolaar- või väljatransistori struktuuriga fotoelektriline seadis, mille väljundvool on tüüritav valgusvooga. Bipolaartransistori poolläbipaistva baasikihi kaudu siirde piirkonda langev valgus suurendab kollektorsiirde vastuvoolu.
Suurenenud kollektorsiirde vool toimib baasivooluna, mistõttu resulteeriv kollektorivool suureneb vooluülekandeteguri kordselt. Sellest tulenevalt on fototransistor b » 50...200 korda fotodioodist tundlikum (0,1...0,5 A/lm).
Et sama arv korda väheneb fototransistori toimekiirus, siis jääb bipolaartransistori struktuuriga fototransistoride piirsagedus sadadesse kilohertsidesse. Kiirematoimelisemad on pn-väljatransistori struktuuriga fototransistorid. Fototransistori väljundtunnusjooned on näidatud joonisel 4.6.
Joonis 4.6. Fotodioodi tunnusjooned [2], tingmärk ja väliskuju [5].
Fototransistori baas võib olla välja toodud või mitte (nn. fotoduodioodidel). Eriti suurt vooluvõimendust võimaldab nn. darlington-fototransistor (foto-darlington). Fototransistoride piirsagedus on ca 300 kHz, darlington-fototransistoridel ca 30 kHz. Fototransistori tingmärk, aseskeem , foto-darlington (foto-liittransistor) ja fotovastuvõtjate skeemid on toodud joonisel 4.7.
Joonis 4.7. Fototransistori tingmärk (a), aseskeem (b), foto-liittransistor (c) ja fotovastuvõtjate skeemid (d), (e) [2].
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
9 (43) Pikkov lk 46
Pikkov lk 47
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
10 (43) 4.2.2.4 Fototüristor Fototüristor (LTT - Light Triggered Thyristor) erineb türistorist selle poolest, et tüürvooluna toimib fotovool, mis tekib türistori baasides neelduva valguse toimel. Suletud türistori anoodi ja katoodi vaheline takistus on ligikaudu 100 megaoomi ning türistori avanemisel väheneb see kuni 0,1 oomini. Fototüristor võimaldab lülitada nõrga valgussignaali abil tugeva voolu ja kõrge pingega elektriahelaid.
Pikkov lk 48 ja 49
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
11 (43) 4.2.3 Välisfotoefektil põhinevad seadised 4.2.3.1 Vaakuumfotoelement
Vaakuumfotoelemendid ja ioonfotoelemendid rajanevad välisfotoefektil, mispuhul katoodile langev valgus põhjustab elektronemissiooni. Fotokatood on valguse toimel elektrone emiteeriv elektrood .
Fotorakk on külmkatoodiga kaheelektroodiline vaakuum - või gaastäidisega lambi tüüpi seadis. Lambi klaaskolvi sisepinnale on pihustatud hõlpsasti elektrone emiteeriva aine kiht - fotokatood. Levinumad olid hapniktseesium- ja antimontseesium-fotokatoodid. Anoodiks on tavaliselt peenest traadist rõngas, mis paikneb kolvi keskel. Fotorakk vajab tööks alalispinge allikat. Fotokatoodile langeva valgusvoo muutumisel muutub ka fotorakku läbiv vool.
http://www.earlytelevision.org/fss_camera.html http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.ht m
Joonis 4.8. Fotoraku tööpõhimõtet selgitav skeem ja seadise foto.
4.2.3.2 Fotokordisti
Elektronkordisti on elektrovaakuumseadis, mille töö põhineb primaarelektronide voo võimendamisel sekundaarelektroniemissiooni abil. Fotokatoodiga elektronkordistit nimetatakse fotokordistiks. Sisuliselt on tegemist fotorakuga, mille fotokatoodi poolt emiteeritud primaarelektronid kiirenduspinge mõjul löövad dünoodideks nimetatud abikatoodidest välja uusi elektrone, nii et elektronide voog laviinitaoliselt võimendub (kuni 100 miljonit korda e. 160 dB). Seadis leiab ka praegu kasutust , näiteks teadusotstarbelises mõõtetehnikas.
Kaudselt sarnanevad fotokordistiga nn avalanche -fotodioodid, kus samuti toimub laengute laviinitaoline paljunemine elektrivälja mõjul. Saavutatav võimendus ei ületa 103. Kasutatakse ka nende kahe seadise hübriide.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
12 (43) http://de.wikipedia.org/wiki/Photomultiplier
Joonis 4.9. Fotokordisti tööpõhimõtet selgitav skeem.
https://www.osta.ee/index.php?fuseaction=item.info&id=11055704
Joonis 4.10. NL-aegsetes kinoprojektorites kasutatud fotokordisti -2.
4.3 Valgust emiteerivad seadised
4.3.1 Valgusdiood
Valgusdiood (LED - Light Emitting Diode ) on pn-siirdega pooljuhtdiood, mis muudab elektrienergiat optiliseks kiirguseks tavaliselt spektri nähtavas või infrapunases osas.
Teatavat tüüpi pooljuhtmaterjalis moodustatud pn-siirde (joonis 4.11) päripingestamisel (pluss p- kihil ) injekteeruvad augud n-kihti ning elektronid vastassuunas . Need injekteerunud augud ja elektronid rekombineeruvad pn-siirdes ja selle läheduses vastasmärgiliste laengukandjatega ning osa vabanevast energiast eraldub elektromagnetilise kiirgusena. Kuna p-kiht on kõigest mõne mikromeetri paksune, siis väljub kiirgus kristallist.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
13 (43) Joonis 4.11. Valgusdioodi struktuur ja tingmärk [3].
Kiirguse värvuse määrab pooljuhtmaterjali koostis. Toodetakse ka kahevärvilise kiirgusega valgusdioode. Nendel on tavaliselt kaks eri materjalist siiret ja kolm viiku. Siirdeid läbivate voolude muutmise teel saab siis valida mitmeid värvivarjundeid, näiteks punase ja rohelise korral punakaskollasest kollakasroheliseni. Toodetakse valgusdioode, kus ühes kestas on kaks või enam erineva värvusega valgusdioodi. Kui ühes kestas on punane ja roheline diood, saab kummaski dioodis voolu varieerides erinevaid värvivarjundeid ­ punakaskollasest kollakasroheliseni. Kaasajal toodetakse ka valge valgusega valgusdioode. Mõnede erineva värvusega valgusdioodide põhiandmed on toodud tabelis 4.1 ja 4.2.
Valgusdioode valmistatakse peamiselt galliumarseniid-fosfiidist (Ga-As-P). Valguse lainepikkuse ala on küllaltki piiratud (st valgusdiood kiirgab tavaliselt suhteliselt kitsa spektriga e. monokromaatset valgust) ning sõltub materjalist. Suurima valgusliku kasuteguriga (1...5%) on infrapuna -valgusdiood. Tavaliselt piisab mõnest mA voolust , et tekitada nähtav valgus, valgustugevus kasvab alates voolust 1...2 mA enam-vähem võrdeliselt pärivooluga. Valgusdioodi tööks vajalikud nähtused esinevad ka klassikalistes pooljuht-materjalides nagu räni ja germaanium , kuid nende kiirguse lainepikkus jääb infrapunase pikema laine ossa ja seepärast neid tavaliselt ei kasutata. Põhiliseks valgusdioodide materjaliks on galliumi ühendid.
Tabel 4.1. Valgusdioodide põhiandmed [2].
Tabelis 4.1 on lmax valguse lainepikkus, IV - valgustugevus (mcd - millikandela) ja Pmax - suurim valgusvõimsus.
Tabel 4.2. Valgete valgusdioodide põhiandmed [3].
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
14 (43) Valguse paremaks suunamiseks on dioodil enamasti sfääriline või paraboolne polümeermaterjalist lääts ning vahel ka nõgus valgust peegeldav pind. Valgusdioode toodetakse väga erineva kuju ja sokeldusega, näiteks ümmargusi, ristkülikukujulisi, kolmnurkseid, segmendikujulisi jt. Valgusdioode kasutatakse ka valgusindikatsioon- tabloodes.
Ettenähtud töövooluga võivad valgusdioodid temperatuuril kuni +25oC töötada kestvalt aastaid. Kõrgemal lubataval siirde temperatuuril (enamikul seadistel +70 oC) peab vool olema kaks korda väiksem. Ka on nende kasutegur tunduvalt kõrgem kui hõõglambil, sest erinevalt hõõglambist ei lähe enamus energiast soojuse tootmiseks.
Valgusdioodide puhul tuleb jälgida, et pärivool ei kasvaks lubatust suuremaks , sest see rikuks pn-siirde (soojusläbilöök). Valgusdiood ei talu kõrget vastupinget ning mõni valgusdiood talub vastupinget ainult 5 V. Seega tuleb hoolikalt jälgida polaarsust, et valgusdioodi mitte rikkuda. Läbilöögi vältimiseks on otstarbekas ühendada valgusdioodiga vastuparalleelselt ränidioodid.
Valgusdioodindikaatorid (LED- display ) on valgusdioodide baasil valmistatavad maatriks - või segmentelemendid, mis võimaldavad nähtavaks teha sümboleid (tähti, numbreid või muid märke), mida nimetatakse tärkideks. Nähtavaks tehtavate tärkide kujundamiseks kasutatakse helenduvaid triip- või punktelemente, millest igaüks kujutab endast üht valgusdioodi. Sõltuvalt indikaatori tüübist kasutatakse 7 kuni 35 elementi ehk segmenti .
Indikaatorite juhtimiseks kasutatakse selleks ettenähtud integraalskeemidena valmistatavaid juhtskeeme ehk desifraatoreid. Indikaatorid ise on kujundatud kas ühise katoodi või ühise anoodiga (kasutatavad juhtskeemid on vastavalt erinevad). Ühise katoodiga indikaatori skeem on toodud näitena joonisel 4.12. Praktilise skeemi koostamisel tuleb silmas pidada, et LED-elementide juhtlülitus peab sisaldama voolupiiramistakistit.
A D1 D A C B F B D2 C G D D3 E E C D4 F G D
Joonis 4.12. Ühise katoodiga indikaatori skeem [5].
Tarbitava voolu kokkuhoidmise eesmärgil võivad valgusdioodindikaatorid töötada ka dünaamilises, s.o. vilkuvas reziimis. Vilkumisreziim saadakse juhtskeemide toimel.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
15 (43) Pikkov lk 42
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
16 (43) Pikkov lk 43
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
17 (43) 4.3.2 Laserdiood Laserdioodis ehk injektsioonlaseris tekib optiline kiirgus nagu valgusdioodiski elektronide ja aukude rekombineerumisel. Laserdioodis ei toimu see spontaanselt, vaid stimuleeritult (LASER- Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation -"valguse võimendus kiirguse stimuleeritud emissiooni kaudu"). Sel juhul tekkinud kiirgus on monokromaatne ja koherentne s.t. elektromagnetlainete faaside vahe püsib muutumatuna. Laserdioodi struktuur on näidatud joonisel 4.13.
Joonis 4.13. Laserdioodi struktuur (a) ja stimuleeritud kiirguse spektri näide (b) [2].
Valguskiirguse tekkimiseks on vaja, et stimuleeritud rekombinatsioone koos kvantide ehk footonite eraldumisega toimuks rohkem kui kvantide neeldumisi. Selleks tuleb siirde piirkonnas luua olukord, mispuhul aatomite kõrge energeetiline nivoojuhtivustsoon on elektronide poolt hõivatum kui madalam ehk valentstsoon .
Selline pöördhõive on saavutatav laengukandjate intensiivse injektsiooniga heterosiirdesse GaA1As/ GaAs . Selleks on vaja pärivoolu tihedusega vähemalt 5 A siirde ristlõike 1 mm2 kohta. Kuna laseri joonmõõtmed siirde tasapinnas on c.a. 0,1 mm, siis kujuneb nn pöördhõive reziim juba 50 mA vooluga.
Kirjeldatud tingimustel tekib valguskvante rohkem kui neid neeldub, sest pöördhõive tõttu on valentsvööndi lae lähedal väga vähe elektrone, millele kvandi energia saaks kanduda. Selle tulemusena siirde tasapinnas leviv valguslaine võimeneb (tema amplituud suureneb).
Rekombinatsioonide arvu saab suurendada pannes valguskvandid siirde tasapinnas edasi-tagasi liikuma. Selleks moodustatakse optiline resonaator, lihvides pooljuhi monokristalli kaks otstahku paralleelseteks peegliteks (joonis 4.13 a). Peegeldunud kvandid võivad mitu korda läbida pöördhõivestatud piirkonna, kutsudes esile uute rekombinatsioonide ning seega kvantide tekke. Pärast mitmekordset peegeldumist väljub valguskiir läbi ühe (poolläbipaistva) peegli.
Laserdioode kasutatakse laialdaselt kiudoptikas saatjatena, lasertöötluses, lasersihikutes ja mitmesuguste valgusefektide saamiseks.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
18 (43) 4.3.3 Hõõglamp ja sellel põhinevad indikaatorseadised Hõõglambi põhimõttel töötavad miniatuursed signaallambid on ajalooliselt kõige vanem liik indikaatoreid. Odava seadisena leiavad nad kasutust tänaseni, kuigi neid tõrjutakse järjest rohkem valgusdioodide poolt välja.
Hõõgindikaatorid on tärkseadised, mille segmendid kujutavad endast hõõgniidi lõike, milles tärgid kujundatakse vastavate hõõgniidilõikude pingestamisega.. Hõõgniidina kasutatakse peenikest (~60 um) volframtraati. Nende ehitusskeem on toodud näitena joonisel 4.14.
http://en.wikipedia.org/wiki/Seven-segment_display
Joonis 4.14. Hõõgindikaatorite ehitus ja sokeldus [4] ning väliskuju.
4.3.4 Huumlamp (neoonlamp) ja sellel põhinevad indikaatorseadised Huumlambid e. neoonlambid (joon.4.15) on külmkatoodiga gaaslahendusseadised, mille pingestamisel tekib elektroodide vahel helenduv huumlahendus . Neoonlampide töötamiseks peab alati olema nendega järjestiku lülitatud voolu piirav takisti, mis võib olla ka lambi soklisse sisse ehitatud.
Ioonseadised e. gaaslahendusseadised on elektrovaakuumseadised, mille töö põhineb elektrilahendusel väärisgaasides ( neoon , krüptoon, argoon ) või metalliaurudes (elavhõbe). Elektrilahenduse tüübi järgi eristatakse huum-, kaar-, ja koroonalahendusseadiseid. Gaaslahendus on elektrivool gaasis elektrivälja toimel. Selle tekkimiseks ja säilitamiseks on vaja, et gaasis tekiks pidevalt laengukandjaid (vabu elektrone ja ioone). Kui gaasi elektrijuhtivust põhjustab ainult välise ionisaatori mõju, siis nimetatakse gaaslahendust sõltuvaks. Gaaslahendust, mis jätkub ka peale kõgi väliste ionisaatorite kõrvaldamist, nimetatakse sõltumatuks. Sõltumatu gaaslahenduse eriliigid on kaarlahendus, sädelahendus, koroonalahendus ja huumlahendus. Huumlahendus tekib madalal rõhul.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
19 (43) http://de.wikipedia.org/wiki/Glimmlampe
Joonis 4.15. Neoonlambid NE-2 (klaaskolvi pikkus 19 mm) [12]. Lampidele on rakendatud erisugused pinged: - vasakul: alalispinge, vasakpoolne elektrood positiivne; - keskel: alalispinge, parempoolne elektrood positiivne; - paremal: vahelduvpinge .
Joonis 4.16. Huumlambi pinge-voolu tunnusjoon [ http://de.wikipedia.org/wiki/Glimmlampe ].
Huumlambi pinge-voolu tunnusjoonel on negatiivse diferentsiaaltakistusega lõik A-B, mis võimaldab huumlampi kasutada relaksatsioonvõnkumiste tekitamiseks.
Joonis 4.17. Huumlambiga lihtne hammaspingegeneraator [12].
Huumlahendusindikaatorid (ingl.k. nixie tube ) on sellised gaaslahendusseadised, kus gaastäidisega (tavaliselt neoon) klaaskestas paiknevad üksteise taga tärgikujulised katoodid ja võrgust anood . Vastava tärkkatoodi pingestamisel tekib tärgikujuline helendus, kuna valgunähted on kõige intensiivsemad just katoodi läheduses. Tööpinge on suhteliselt kõrge, 50...60 V.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
20 (43) (Nimetus ,,Nixie" registreeriti USAs 1954.a. firma Burroughs Corporation poolt kaubamärgina. See on tuletatud sõnade ,,Numeric Indicator eXperimental No. 1" esitähtedest).
Joonis 4.18. Erineva kujuga huumlahendusindikaatorid [12].
4.3.5 Vaakumluminestsents-indikaatorid Vaakumluminestsents-indikaatorites (Vacuum Fluorescent Display - VFD) kasutatakse nähtust, kus mõnekümne voldiga kiirendatud elektronid, põrgates kokku luminofoorikihiga, panevad selle roheliselt helenduma. Samal põhimõttel töötavaid indikaatoreid kasutati varem laialdaselt raadiovastuvõtjate häälestusindikaatoritena ("maagiline silm"). Ehituselt sarnanevad vaakumluminestsents-indikaatorid elektronlamp-trioodiga. Nende ehitus on kujutatud joonisel 4.19.
[ http://hem.passagen.se/communication/vfd.html ].
. Joonis 4.19. Vaakumluminestsents-indikaatori ehitus [4] ja [ http://hem.passagen.se/communication/vfd html].
Indikaatori töötamiseks vajalikke elektrone emiteerib otseküttega katood , mille töötemperatuur on sedavõrd madal, et hõõgumine ei ole nähtav, kuigi ta asub
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
21 (43) helenduvatest anoodidest vaataja pool.
Helenduvad anoodid on segmentide või täppide kujulised ja nende kombinatsioonide sisselülitamisel moodustuvad tärgid. Anoodi ja katoodi vahel asub tärkide kujutisi teravdav mask ja võre. Võre ühendatakse maskiga ja sellele antakse anoodiga võrdne pinge, mille toimel nad kiirendavad anoodile liikuvaid elektrone. Helenduma hakkavad need anoodid, mis on positiivselt pingestatud. Võre pinge muutmisega on võimalik helendumist moduleerida, näiteks dünaamilises reziimis. Siseküljel on katoodiga ühendatud läbipaistev juhtiv kiht, mis väldib staatiliste laengute kogunemist. Seadise tööks on vajalik anoodpinge 10..30 V, anoodvool 1..10 mA, küttepinge 1,3..5 V, küttevool 15..150 mA.
http://de.wikipedia.org/wiki/Magisches_Auge_(Radio) http://en.wikipedia.org/wiki/Display_examples
Joonis 4.20. Raadiovastuvõtja häälestusindikaator ("maagiline silm", vasakul ja keskel) ning numbriline vaakuumluminestsentsindikaator (paremal) [12].
4.3.6 Plasmapaneel Plasmapaneel e. ­kuvar: ingl.k. PDP = Plasma Display Panel.
Pikkov lk 50
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
22 (43) Joonis 4.21. Plasmapaneeli ehitus: paneeli ristlõige (üleval) ja 3D-vaade (all) [ http://de.wikipedia.org/wiki/Plasmabildschir m ja http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_display ].
Kahe klaasplaadi vahel paikneb hulk rakukesi (kambrikesi), mis jagunevad kolmikuteks. Iga kolmikus on üks punase, üks rohelise ja üks sinise helendusega luminofoori sisaldav rakuke ning iga kolmik vastab ühele pildipunktile (pikslile). Erinevad värvused tekivad põhivärvuste liitmisel (nt kollane saadakse rohelise ja punase värvuse liitmisel, st et kollase värvuse saamiseks peavad helendama roheline ja punane rakuke).
Iga rakuke on täidetud hõrendatud väärisgaasiseguga (neoon + ksenoon; võidakse lisada ka heeliumi). Kujutise saamiseks tüüritakse igat rakukest selle juurde kuuluva transistoriga, mille avareziimis "süüdatakse" plasma, mis tähendab, et rakukeses olev gaas ioniseeritakse ja see muutub plasmaks (plasma - ioniseeritud gaas, aine neljas olek). Plasma poolt emiteeritav ultraviolettkiirgus lainepikkusega 140 ...190 nm paneb helendama vastava põhivärvuse luminofoori, muutes UV-kiirguse nähtavaks valguseks.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
23 (43) Kambrikestes olev gaas on tugevasti hõrendatud, selles plasma tekitamiseks vajalik pinge on mõnisada volti. Iga kambrike asub kahe juhtme (rea- ja veeruelektroodi) ristumispunktis, mis võimaldab igat kambrikest aadresspõhimõttel eraldi tüürida. Pildipunkti heleduse moduleerimine toimub transistori tüürimisega impulssreziimis põhimõttel: mida pikem on aeg, mille vältel on rakuke ergastatud olekus, seda suurem näib vaatajale tema heledus.
Esimese töötava plasmaekraani ehitasid 1964.a. Donald L. Bitzer ja H. Gene Slottow Illinoisi ülikooli suurarvuti Plato IV jaoks.
Joonis 4.22. Plato V suurarvuti terminaal aastast 1988 [ http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_display ].
Monokroomsed neooniga täidetud plasmapaneelid võimaldasid ilma luminofoore kasutamata ehitada oranzi helendusega kuvareid, mis leidsid mõnda aega laialdast kasutamist, kuid 1970-ndatel aastatel tõrjusid kineskoopmonitorid arvutite plasmapaneelid kõrvale. 90ndatel algas plasmaekraanide täiustamine värvitelerite jaoks. Esimese värvilise 21" plasmaekraani valmistas Fujitsu 1992.a.
Plasmaekraani voolutarve sõltub tugevasti edastatavast kujutisest, muutudes koos sellega. Keskmine voolutarve jääb neil siiski LCD-paneelidega samasse suurusjärku. Plasmaekraanide üheks puuduseks on laiaribaliste elektromagnetiliste häirete tekitamine, mis segavad raadiovastuvõttu kesk- ja pikklainetel. Plasmaekraanide eelised on suur kontrastsus (rohkem kui 15000:1), kiiretoimelisus, lai jälgimisnurk ja võimalus ehitada väga suuri paneele (diagonaaliga ligi 4 m).
4.3.7 Elektroluminestsentspaneel
Luminestsents on valguskiirgus, mida kehad (peale soojuskiirguse) emiteerivad mingi välisteguri toimel. Elektroluminestsents on luminestsents, mis tekib ainele rakendatud elektrivälja toimel. Fotoluminestsents on luminestsents, mis tekib nähtava valguse või ultraviolettkiirguse toimel (kasutatakse näit. luminofoorlampides).
Elektroluminestsentspaneelide ja -indikaatorite töö põhineb mõnede kristalliliste ainete omadusel helenduda elektrivälja toimel. Paneeli ehitus sarnaneb kondensaatoriga, mille plaatideks on klaasile sadestatud läbipaistev indium - või tinaoksiidist koosnev esimene anood ja aluseks olev metallist peegelpinnaline teine anood. Plaatide vahel paikneb luminofoorikiht, milles tavaliselt kasutatakse
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
24 (43) metallilisanditega (Cu, Al või Mn) tsinksulfiidi (ZnS). Sellise helenduva elemendi ehitus on toodud joonisel 4.23.
Joonis 4.23. Elektroluminestsentspaneeli põhimõtteline ehitus: (1) klaas, (2) läbipaistvad elektroodid , (3) luminofoor, (4) metallplaat (elektrood) [ http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Electroluminescence ].
Koostades sellistest helenduvatest elementidest maatriksi, võime saada küllalt suure ja samas õhukese indikaatorpaneeli, milliseid kasutatakse muuhulgas valgusreklaampannoode valmistamiseks. Valmistatakse ka mitmevärvilisi paneele. Paneeli tööpingeks on 30...300 V vahelduvpinge sagedusega kuni 4000 Hz. Paneeli heledus kasvab pinge ja sageduse suurendamisel.
Väike võimsustarve lubab elektroluminestsentspaneele kasutada LCD- paneelide tagavalgustusena, muuhulgas näiteks käekellades. Vajalik pinge saadakse patareipingest inverteri abil.
Joonis 4.24. Elektroluminestsentspaneeli põhimõttel töötav valgusreklaam [ http://en.wikipedia.org/wiki/Electroluminescence ].
Joonis 4.25. Elektroluminestsentspaneel [ http://www.planarembedded.com/electroluminescent-display/interface-tools/ ].
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
25 (43) Joonis 4.26. Elektroluminestsentsil põhineva valgustusega autoarmatuurlaud [ http://en.wikipedia.org/wiki/Electroluminescence ].
Pikkov lk 51
4.3.8 Elektronkiiretoru
Elektronkiiretoru on kuvamiseks, kommutatsiooniks vm otstarbeks kasutatav elektronkiirega elektrovaakuumseadis. Peaaegu inertsivaba elektronkiire suuna ja soolutiheduse tüürimiseks kulub tühisel määral elektrienergiat. Otstarbe järgi liigitatakse neid kuvatorudeks ( kineskoop , ostsillograafitoru, kuvaritoru), optiliste kujutiste elektronmuunduriteks (televisiooni saatetoru), elektronkommutaatoriteks (ümberlülitid) jms.
Pikkov lk 50
Elektronostsilloskoopide (samuti ka televisiooni) võidukäigule pani aluse saksa teadlase Karl Ferdinand Braun 'i 1897.a. leiutatud elektronkiiretoru e. Brauni toru (katoodkiirtetoru; ingl k. cathode ray tube, CRT).
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
26 (43) Elektronkiiretorud on üks elektronseadiste liike, mis on ette nähtud elektriliste signaalide muundamiseks optiliseks kujutiseks. Optiline kujutis saadakse peene elektronkiire põrkumisel vastu ekraani, mille luminofooriga kaetud kiht jätab elektronkiire liikumise teest nähtava jälje. Elektronikahuris moodustunud peen suunatud elektronkiir liigub ekraanil vastavalt hälvitussüsteemi toimele.
a) Elektrostaatilise kallutusega Brauni toru (ostsilloskoobitoru)
b) Elektromagnetilise kallutusega Brauni toru (kineskoop)
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Osziroehre.jpg&filetimestamp=20100516204542 http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Oszirschema.jpg&filetimestamp=20080727161641 http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Cathode_ray_tube_de.svg&filetimestamp=20080419144858
Joonis 4.27. Elektrostaatilise kallutusega Brauni toru e. ostsilloskoobitoru (a) ja elektromagnetilise kallutusega Brauni toru e. kineskoop (b) [12].
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
27 (43) Elektronkiiretoru koosneb elektronkahurist, hälvitussüsteemist, ekraanist ja kestast (kolvist). Elektronkahur koosneb katoodist, tüürelektroodist, mille pingega reguleeritakse kiire voolu, ja teravustus- ehk fokuseerimissüsteemist, mille toimel elektronid koondatakse kiireks .
Hälvitussüsteem, mis paneb elektronkiirele ekraanil liikuma, koosneb horisontaal-ja vertikaalhälvitussüsteemist, millede abil on võimalik kiirt juhtida igasse ekraani punkti. Hälvitussüsteem võib olla elektrostaatiline (ostsilloskoobitorud) või elektromagnetiline (kineskoobid).
Fokuseerimissüsteemis toimub katoodi poolt emiteeritud elektronide kiirendamine ja koondamine ekraanile fokuseeritud peeneks kiireks. Elektronkiirt on võimalik fokuseerida kas elektri- või magnetvälja toimega. Harilikult kasutatakse esimest võimalust. Fokuseerimine toimub elektrivälja abil, mis tekitatakse negatiivselt pingestatud tüürelektroodi ja positiivselt pingestatud anoodide vahel. Tekkiva mittehomogeense (ebaühtlase tugevusega) elektrivälja abil kujundatakse kahest "läätsesüsteemist" koosnev nn elektronoptika.
Hälvitussüsteemid. Füüsika kursusest on teada, et elektronide liikumise trajektoori saab mõjutada nii elektri- kui magnetväljaga. Sellest tulenevalt on olemas nii elektrostaatilised kui ka magnetilised hälvitussüsteemid.
Elektrostaatilises hälvitussüsteemis toimub elektronkiire hälvitamine e. kallutamine (deflection) elektrivälja mõjul. Selleks paigutatakse elektronkiire teele kaks paralleelset plaati , mille pingestamisega tekitatakse elektronkiirt kallutav elektriväli. Elektronkiire hälvitamiseks nii x- kui y- telje sihis kasutatakse kaht plaatide paari, mis on paigutatud teineteise suhtes risti. Saamaks ekraanil kujutist, mis täpselt järgiks uuritava pinge muutusi, peab kiire nihkumine ekraanil olema võrdeline plaatidel mõjuva pingega.
Elektronkiire magnetiliseks hälvitamiseks paigutatakse toru kaelale kaks paari mähiseid nii, et nad oleksid teineteise ja toru telje suhtes risti (joonis 4.28).
Joonis 4.28. Kineskoobi hälvitusmähised [4].
Ühistelgsed mähised ühendatakse järjestikku ja nende poolt tekitatud magnetväli hakkab mõjutama kiire hälbenurka. Sealjuures hälvitab horisontaalne magnetväli Hx kiirt verikaalsuunas ja vertikaalne magnetväli Hy horisontaalsuunas. Võrreldes elektrostaatilise hälvitussüsteemiga on magnetilise süsteemi energiatarve suurem ja
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
28 (43) kasutatavad laotussagedused madalamad. Seevastu on aga kergem saavutada suuri hälvitusnurki.
Ekraanid Ekraani tähtsaimaks osaks on fluorestseeriva aine (luminofoori) kiht. Selleks kasutatakse mitmesuguseid metalliühendeid: tsinksulfiidi, tsinksilikaati, kaltsiumvolframaati jne. Sealjuures lisatakse põhimaterjalile aktivaatoritena 0,001.... 1% mitmesuguseid metalle (vask, hõbe, vismut jne). Kasutatavad ekraanimaterjalid erinevad teineteisest põhiliselt kolme parameetri poolest. Nendeks on valgusandlikkus, järelhelenduse kestus ja helenduse värvus.
Valgusandlikkus on ekraani valgustugevus kiire võimsusel 1 W. See parameeter ei ole konstantne , vaid sõltub elektronide kiirusest (anoodpingest) ja kiire voolutugevusest. Kasutatavate materjalide valgusandlikkus on 0,17... 17 cd/W.
Järelhelenduse kestus on ajavahemik, mille vältel ekraani heledus pärast elektronkiire kustumist langeb 1%-ni esialgsest. Kasutusotstarbest sõltuvalt võib järelhelenduse kestus olla mõnest mikrosekundist kümnete sekunditeni.
Helenduse värvus sõltub otseselt fluorestseerivast ainest ja tema kiirgusspekter on üsna kitsas . Seepärast kasutatakse sageli sobiva helenduse värvuse saamiseks mitmete ainete segusid. Näiteks annavad tsinksulfiid ja tsinksilikaat rohelise helenduse, kuid esimesel on järelhelendus pikk, teisel aga lühike.
Kuna ekraanile langeb töötades pidevalt elektrone, siis peaks ekraan laaduma negatiivselt. Tegelikult aga esineb sealjuures sekundaaremissioon ja selle tulemusena laadub ekraan hoopis positiivselt. Ekraanilt sekundaaremiteerunud elektronid liiguvad positiivselt pingestatud anoodile. Sekundaaremiteerunud elektronide kiirus on ekraani läheduses väike ning tekib ruumilaeng, mis hajutab elektronkiirt. Ruumilaengu kõrvaldamiseks kaetakse toru sisekülg voolujuhtiva grafiitemulsiooni kihiga (nn akvadaagiga), mis ühendatakse teise anoodiga. Samal otstarbel kasutatakse ka alumineeritud ekraani. Alumineeritud ekraani puhul kaetakse ekraani sisekülg õhukese, elektronidele "läbipaistva" alumiiniumi kihiga. Et elektronid suudaksid alumiiniumikihti edukalt läbida, kasutatakse kõrgemat anoodpinget.
Ekraanile langevate elektronide energiast muutub valguseks 2...3%, ülejäänu aga üksnes kuumutab ekraani. Kuumenemise tulemusena luminofoor vananeb ja ekraan tuhmub. Samuti võib tugeva vooluga paigalseisev kiir ekraani langemispunktis "läbi põletada". Seepärast on ekraani säilitamise eesmärgil soovitav kasutada võimalikult väikest heledust.
4.3.8.1 Ostsilloskoobitorud
Ostsilloskoobitorud on elektronkiiretorud, mida kasutatakse ostsilloskoopides kiiresti muutvate pingete ja voolud jälgimiseks. Suurema sagedusega tööpiirkonna tagamiseks kasutatakse neis elektrostaatilist hälvitussüsteemi.
Elektroonika alused. Teema 4 ­ Optoelektroonika elemendid ja infoesitusseadmed
29 (43) Muutuvate pingete uurimisel ostsilloskoobiga rakendatakse uuritav pinge y-teljelistele plaatidele, x-teljelistele plaatidele aga antakse ajaliselt lineaarse laotuse saamiseks hammaspinge.
Hammaspinge tõusu kestel kaldub elektronkiir perioodiliselt vasakult paremale ja langu kestel liigub kiiresti tagasi. Kui hammaspinge periood on võrdne või kordne uuritava pinge perioodiga, saame olukorra, kus üksikute perioodide jäljed satuvad pealekuti ja ekraanil tekib jälgimiseks sobiv seisev kujutis. Väiksema sagedusega protsesside jälgimiseks kasutatakse pikema järelhelendusega ekraane. Eriti pika järelhelendusega ekraanidega ostsilloskoobitorusid saab kasutada kiirete, kuid väikese kordussagedusega või korrapäratute järgnevustega nähtuste jälgimiseks. Mäluga ostsilloskoopide kasutuseletulek on nende vajadust järsult vähendanud.
Ostsilloskoobitoru ülemine sageduspiir on küllaltki kõrge. See on määratud elektronide lennuajaga hälvitussüsteemis ja samuti parasiitmahtuvuste ja juhtmete induktiivsuste toimega. Ülemine sageduspiir on tavalistel ostsilloskoobitorudel kuni 150 MHz ja eriti kõrgetele sagedustele konstrueeritud torudel kuni 1 GHz.
Valmistatakse ka mitme kiirega ostsilloskoobitorusid, mida saab kasutada mitme üheaegse protsessi jälgimiseks. Mitme kiirega ostsilloskoobitorus on ühisesse kesta paigutatud mitu elektronikahurit ja hälvitussüsteemi, kiired aga juhitakse ühisele ekraanile, kus näemegi üheaegselt jälgitavaid protsesse.
4.3.8.2 Mustvalgekineskoobid
Kineskoopideks nimetatakse televiisorites kasutatavaid elektronkiiretorusid. Kujutise saamiseks liigub kineskoobis elektronkiir rida realt läbi kõik ekraani punktid. Vastavalt ülekantavale kujutisele tüüritakse samaaegselt ka kiire heledust tüürelektroodile (modulaatorile) antava videosignaali pingega. Ekraanil tekivad erineva heledusega täpid, mille kogum loobki kujutise. Kiirelt liikuvate kujutiste ülekandmiseks on kiire liikumise kiirus väga suur. Samal põhjusel peab ekraani järelhelenduse kestus olema piisavalt lühike (