5Д20

5Д20 — это советский и российский универсальный лабораторный осциллографический электронно-лучевой индикатор (ЭЛТ) с магнитным отклонением луча, предназначенный для визуального наблюдения формы электрических сигналов в диапазоне частот до 1 МГц. Разработан в 1960-х годах и выпускался серийно на нескольких предприятиях Министерства электронной промышленности СССР. Относится к классу широко распространённых индикаторных трубок, применявшихся в осциллографах, медицинской аппаратуре, радиолокационных станциях и измерительных приборах.

История

Разработка трубки 5Д20 началась в середине 1960-х годов в рамках программы по созданию унифицированных элементов для радиоизмерительной аппаратуры. Необходимость в компактном, надёжном и недорогом ЭЛТ с магнитным отклонением была обусловлена массовым выпуском осциллографов С1-19, С1-49, С1-68 и других моделей, требовавших сменных индикаторов. Первые промышленные партии 5Д20 были изготовлены в 1967 году на Ленинградском заводе «Светлана» (впоследствии — НПО «Светлана»). Позднее производство освоили на Воронежском заводе электронных приборов, Уфимском приборостроительном заводе и других предприятиях.

В 1970-е — 1980-е годы 5Д20 стала одной из самых массовых осциллографических трубок в СССР, уступая по распространённости только 8ЛО6И и 13ЛО3И. Её выпуск продолжался до середины 1990-х годов, после чего был свёрнут в связи с переходом на цифровые осциллографы и прекращением производства аналоговых приборов. Общий тираж, по оценкам специалистов, превысил 10 миллионов экземпляров.

Конструкция и принцип действия

5Д20 представляет собой электронно-лучевую трубку с электростатической фокусировкой и магнитным отклонением луча. Конструктивно состоит из следующих основных узлов:

• Баллон — стеклянный цилиндр диаметром 50 мм и длиной 180 мм, с коническим расширением к экрану. Внутренняя поверхность баллона покрыта проводящим слоем (аквадагом) для отвода вторичных электронов.
• Электронная пушка — подогревный катод косвенного накала, модулятор (управляющий электрод) и первый анод, формирующие узкий электронный луч. Напряжение накала — 6,3 В, ток накала — 0,3 А.
• Фокусирующая система — электростатическая линза, образованная вторым и третьим анодами. Фокусировка регулируется изменением напряжения на втором аноде (от 0 до 300 В относительно катода).
• Отклоняющая система — две пары магнитных катушек, расположенных снаружи баллона. Катушки горизонтального и вертикального отклонения имеют индуктивность 1,5 мГн и 2,0 мГн соответственно. Для работы требуется внешний усилитель отклонения, обеспечивающий ток до 0,5 А.
• Экран — круглый, диаметром 40 мм, покрытый люминофором типа P31 (зелёное свечение, послесвечение средней длительности). Разрешающая способность — не менее 600 линий по диаметру.

Принцип работы: электронный луч, испускаемый катодом, фокусируется электростатической линзой и отклоняется магнитным полем катушек. При попадании на экран луч вызывает свечение люминофора. Яркость свечения регулируется изменением напряжения на модуляторе (от −50 до −100 В относительно катода).

Технические характеристики

Основные параметры трубки 5Д20 (по ГОСТ 21107-75):

• Диаметр экрана: 40 мм.
• Ускоряющее напряжение: 1500 В (номинальное), до 2000 В (максимальное).
• Чувствительность отклонения: по горизонтали — 0,8 мм/мА, по вертикали — 0,6 мм/мА.
• Полоса пропускания: до 1 МГц (при спаде амплитуды не более 3 дБ).
• Время послесвечения: 10–50 мс (тип P31).
• Ресурс: не менее 2000 часов непрерывной работы.
• Масса: 0,12 кг (без отклоняющей системы).

Разновидности и модификации

В процессе производства выпускалось несколько модификаций 5Д20, различавшихся конструкцией выводов и типом люминофора:

• 5Д20А — базовая модель с зелёным люминофором P31.
• 5Д20Б — с люминофором P39 (сине-зелёное свечение, повышенная яркость).
• 5Д20В — с люминофором P7 (двухцветное свечение: синее при возбуждении, жёлтое послесвечение).
• 5Д20Г — с усиленным катодом для работы в условиях вибрации (применялась в авиационных осциллографах).
• 5Д20Д — с уменьшенным диаметром баллона (45 мм) для компактных приборов.

Все модификации взаимозаменяемы по электрическим параметрам, но различаются по спектральным характеристикам свечения.

Применение

5Д20 нашла широкое применение в различных областях:

• Осциллографы — основная область использования. Трубка устанавливалась в модели С1-19, С1-49, С1-68, С1-72, С1-77, С1-83, а также в переносные осциллографы типа «Спектр» и «Электроника».
• Медицинская аппаратура — в кардиографах, электроэнцефалографах и других устройствах для визуализации биосигналов (например, в аппаратах ЭКГ-03 и ЭЭГ-01).
• Радиолокационные станции — в индикаторах кругового обзора (ИКО) малых РЛС, где требовалось отображение сигналов на фоне шумов.
• Учебные лаборатории — в демонстрационных осциллографах и стендах для изучения электроники.
• Промышленная автоматика — в устройствах контроля технологических процессов, где требовалось визуальное наблюдение формы сигналов.

Достоинства и недостатки

Достоинства:

• Низкая стоимость и массовость производства.
• Простота конструкции и высокая надёжность.
• Возможность работы в широком диапазоне температур (от −40 до +60 °C).
• Малое энергопотребление (около 2 Вт).

Недостатки:

• Ограниченная полоса пропускания (до 1 МГц), что не позволяло использовать трубку для наблюдения высокочастотных сигналов.
• Необходимость внешнего усилителя отклонения, увеличивающего габариты прибора.
• Относительно малый диаметр экрана (40 мм), затруднявший наблюдение сложных сигналов.
• Чувствительность к внешним магнитным полям, требовавшая экранирования.

Интересные факты

• 5Д20 была одной из первых советских осциллографических трубок, выпускавшихся по технологии «стекло-стекло» (без металлических вставок в баллоне), что упрощало производство.
• В 1970-х годах на базе 5Д20 был создан миниатюрный осциллограф «С1-49», который весил всего 1,5 кг и использовался в полевых условиях.
• Трубка 5Д20 применялась в некоторых моделях телевизоров (например, в «Рубин-401») для отображения служебной информации.
• В 1980-е годы на основе 5Д20 разрабатывались экспериментальные цифровые осциллографы, но они не пошли в серию из-за низкой скорости аналого-цифрового преобразования.

Источники

• ГОСТ 21107-75 «Трубки электронно-лучевые осциллографические. Основные параметры».
• Каталог «Электронно-лучевые приборы» (М.: Радио и связь, 1983).
• Справочник «Осциллографические ЭЛТ» (Л.: Энергия, 1978).
• Технические описания осциллографов С1-19, С1-49, С1-68 (заводы-изготовители).
• Журнал «Радио», № 5, 1972, статья «Универсальная осциллографическая трубка 5Д20».