Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

нение электронного луча могут производиться также с помощью магнитных полей.

2-7а. Электронная пушка. Назначение электронной пушки заключается в создании сфокусированного электронного луча требуемой интенсивности. Электронная пушка состоит из катода, управляющего электрода, ускоряющего анода, фокусирующих анодов или фокусирующего магнитного поля.

В электронно-лучевых трубках обычно применяются оксидные катоды косвенного накала, имеющие форму цилиндра с колпачком на одном конце. На торцовую поверхность колпачка наносится оксидный слой. Подогреватель находится внутри цилиндра. Управляющий электрод также изготовляется в форме цилиндра несколько большего диаметра, чем цилиндр катода, на одном конце которого имеется диафрагма с отверстием в центре, как показано на рис. 2-47. Напротив отверстия в управляющем электроде находится ускоряющий электрод, в котором также имеется одно или более отверстий. На ускоряющий электрод подается положительное напряжение по отношению к катоду порядка 1 ООО-2 ООО б, а на управляющий электрод подается небольшое отрицательное напряжение. Действие катода, управляющего электрода и ускоряющего электрода во многом подобно действию катода, управляющей и экранирующей сеток в тетроде. Потенциалы этих электродов таковы, что между катодом и управляющим электродом образуются пространственный заряд и так называемый фиктивный катод. Благодаря отрицательному потенциалу управляющего электрода часть эмитируемых катодом электронов, которые не проходят через отверстие в управляющем электроде, возвращаются обратно, присоединяясь к пространственному заряду между катодом и управляющим электродом. Потенциал управляющего электрода управляет интенсивностью электронного луча, а следовательно, и яркостью светового пятна на флуоресцирующем экране.

2-76. Электростатическая фокусировка электронного луча. Обычно фокусировка электронного луча на экране электронно-лучевой трубки производится в две ступени. Первая ступень состоит в том, что электроны, эмиттируемые катодом, пропускаются через отверстие в управляющем электроде так, чтобы получить электронный пучок малого диаметра в плоскости вблизи отверстия. Задача второй ступени состоит в том, чтобы спроектировать на экран изображение электронного пучка в плоскости его наименьшего диаметра.

Начальная ступень фокусировки осуществляется с помощью выбора положения, формы и соответствующих потенциалов катода, управляющего и ускоряющего электродов. Форма эквипотенциальных линий электростатического поля между тремя электродами, образующими электронную линзу, изображена на рис. 2-48. Сила электростатического поля всегда направлена перпендикулярно к эквипотенциальным линиям, поэтому электроны, излучаемые катодом, двигаются в направлении оси трубки, как показано на рис. 2-48. После пересечения оси электроны расходятся. Все электроны не пересекают ось в одной и той же точке. Однако

в области за управляющим электродом имеется плоскость, где поперечное сечение электронного пучка минимально. Это минимальное поперечное сечение электронного луча называется точкой скрещения траекторий электронов или просто скрещением. Изображение скрещения


Рис. 2-48. Фокусирующее

действие линзы, образованной катодом, управляющим электродом и ускоряющим электродом. 2

1 - управляющий электрод; 2 - катод, S - ускоряющий электрод, 4 - огибающая электронного луча.

как раз и должно быть спроектировано на экран электронно-лучевой трубки. Диаметр электронного луча в месте скрещения значительно меньше, чем размер катода или отверстия в управляющем электроде.

Вторая ступень фокусировки осуществляется с помощью ускоряющего электрода и двух анодов. Принцип фокусировки иллюстрируется рис. 2-49. Электростатическое поле


Рис* 2-49. Фокусирующее действие ускоряющего электрода, первого и второго анодов в электроннолучевой трубке с электростатической фокусировкой.

1 - ускоряющий электрод; 2 - первый анод; 3 - второй анод

между ускоряющим электродом и первым анодом сообщает движущимся электронам составляющую скорости, направленную к оси трубки, что заставляет расходящийся пучок электронов снова сходиться. Хотя поле между первым и вторым анодами оказывает рассеивающее действие на электронный луч, однако благодаря увеличенному расстоянию между первым и вторым анодами напряженность электрического поля в этом пространстве меньше, чем между ускоряющим электродом и первым анодом. В результате рассеивающее действие второй линзы слабее, чем собирательное действие первой линзы, и изображение скрещения получается за вторым анодом. Если это второе скрещение совмещается с плоскостью экрана, то на экране будет световое пятно минимального диаметра. Размер пятна на экране трубки определяется диаметром первого скрещения и увеличением второй линзы Размер пятна можно уменьшить путем уменьшения размера отверстий в элек-



тродах, так как при этом ограничивается угол расхождения пучка электронов.

Фокусировка электронного луча обычно достигается изменением напряжения первого аиода при постоянных напряжениях ускоряющего электрода и второго анода. Регулировка яркости пятна на экране потребует дополнительной фокусировки, так как изменение напряжения на управляющем электроде вызовет некоторую расфокусировку луча благодаря смещению места первого скрещения. Изменение фокусирующего напряжения первого анода на яркость пятна не влияет благодаря экранирующему действию ускоряющего электрода.

Электростатические линзы обладают многими недостатками, включая и недостатки, свойственные оптическим линзам, как, например, сферическая аберрация, астигматизм, зависимость увеличения от радиального расстояния и т. д. Сферическая аберрация иллюстрируется рис. 2-50. Фокусное расстояние для

Рис. 2-60. Сферическая аберрация в электростатической линзе.

электронов, входящих в линзу параллельно ее оси, является функцией расстояния от оси начальной траектории электронов. В электростатических линзах фокусное расстояние всегда меньше для электронов, находящихся дальше от оси. Отсюда желательно применять электроды с малыми отверстиями, ограничивающими угол расхождения пучка электронов.

2-7в. Магнитная фокусировка электронного луча. Законы движения электронов в магнитных полях были рассмотрены в § 2-16. Предположим, что электроны эмиттируются точечным источником, как показано на рис. 2-51.


Аксиальное магнитное поме

Точечныи----;а. \ fined

катод

а) г


Рис. 2-51. Фокусировка электронного луча с помощью аксиального магнитного поля. а - вид сбоку; б - вид спереди.

Под действием силы электростатического поля между катодом и анодом электроны будут двигаться к а ноду. Если параллельно оси между катодом и анодом создать однородное магнитное поле, то первоначально расходящиеся электроны будут фокусироваться на аноде в одну точку следующим образом. Магнитное поле воздействует на электроны с какой-то силой только в том случае, если они имеют состав-

ляющую скорости, перпендикулярную к направлению магнитного потока. Сила воздействия на электроны со стороны магнитного поля перпендикулярна одновременно и к направлению скорости электронов и к силовым линиям магнитного поля. Таким образом, на величину аксиальной составляющей скорости электронов магнитное поле влияния не оказывает, и так как на все электроны воздействует одна и та же сила в аксиальном направлении, то, если пренебречь начальной аксиальной составляющей скорости, все электроны в одно и то же время достигнут анода. Однако аксиальное магнитное поле заставляет каждый электрон, имеющий радиальную составляющую начальной скорости, двигаться между катодом и анодом по спирали. Это иллюстрируется рис. 2-51. Радиус спирали является функцией напряженности магнитного поля и радиальной составляющей скорости электрона. Однако промежуток времени, который требуется, чтобы завершить одну спираль, зависит только от напряженности магнитного поля и от отношения массы частицы к ее заряду. Таким образом, для электрона имеем:

Т = 2тс

7в [сек1

(2-57)

где т - масса электрона, равная 9,11 • Ю-81 кг;

е - заряд электрона, равный -1,6- 10~1ак;

В - магнитная индукция, вб/м3.

Так как время Т, которое требуется, чтобы завершить одну спираль, одно и то же для всех электронов и так как эмиссия происходит из одной точки на оси, то все электроны вернутся в какую-то точку на оси через время Т или через время, кратное Т, независимо от радиусов отдельных спиралей. Если напряженность магнитного поля установлена в соответствии с напряжением между катодом и анодом, так что время, необходимое для завершения одной спирали, как раз равно времени пролета электронов от катода к аноду, то все электроны "будут фокусироваться в одной и той же точке на поверхности анода.

Практически в электронно - лучевых трубках нельзя создать аксиальное магнитное поле во всем пространстве между катодом и экраном. Однако, так как электроны, выходящие из электронной пушки, уже были 1 раз сфокусированы с образованием первого скрещения, то их расходящийся пучок можно вторично сфокусировать на экране электронно-лучевой трубки с помощью аксиального магнитного поля, действующего на участке электронного пучка небольшой протяженности, как показано на рис. 2-52. Если соответственно подобрать длину и напряженность магнитного поля, то расходящиеся электроны, попадающие в магнитное поле, начинают двигаться по спиралям как раз так, чтобы, выйдя из магнитного поля, создать изображение первого скрещения на


Рис. 2-52. Магнитная фокусировка с помощью «короткого» аксиального магнитного поля. / - катушка; 2 - экран из мягкой стали.



экране электронно-лучевой трубки. Величина напряженности магнитного поля является критичной, так как иначе электроны, выходящие из магнитного поля и двигающиеся прямолинейно уже по измененному направлению, могут не попасть в точку на экране электронно-лучевой трубки, соответствующую проекции изображения их первого скрещения. Магнитное поле, необходимое для магнитной фокусировки, создается с помощью катушки, надеваемой на цилиндрическую горловину баллона трубки, как показано на рис. 2-52. Магнитные линзы по сравнению с электростатическими вносят некоторые дополнительные виды искажений 1.

В трубках с магнитной фокусировкой изменение потенциала на управляющем электроде при регулировке яркости пятна на экране также вызовет расфокусировку благодаря смещению места первого скрещения, как и в трубках с электростатической фокусировкой. Изменение напряженности магнитного поля при магнитной фокусировке на яркость пятна не влияет.

2-7г. Электростатическая отклоняющая система. Отклонение электронного луча от его нормального направления вдоль оси электронно-лучевой трубки достигается с помощью электрического или магнитного поля. Электростатическая отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих пластин, расположенных взаимно-перпендикулярно, как показано на рис. 2-47. Обе пары пластин симметричны относительно оси трубки. Одна пара пластин называется пластинами горизонтального отклонения, Другая - пластинами вертикального отклонения.

На отклоняющие пластины через высокоом-ное сопротивление подается примерно такой же потенциал, как и на второй анод. Наилучшую фокусировку пятна на экране обычно получают путем незначительного изменения разности потенциалов между пластинами горизонтального и вертикального отклонения, а также между обеими парами пластин и вторым анодом. Такая регулировка называется «регулировкой астигматизма» и обычно приме-

Зкран электронно-лучевой

электронный d


Рис. 2-53. Отклонение электронного луча, проходящего через электростатическое поле.

няется в электронно-лучевых трубках с электростатическим отклонением луча и диаметром 5 дюймов и больше.

Отклонение электронного луча можно получить, если подать напряжение сигнала на

1 Более подробно eta. SoMer, Starr and Valley, Cathode ray tube displays. Chap. 3, Radiation laboratory series, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1948.

отклоняющие пластины. Основные соотношения между параметрами, которые определяют отклонение электронного луча в электростатическом поле, были рассмотрены в § 2-1. Если принять, что отклоняющие пластины плоские и параллельны друг другу, как показано на рис. 2-53, и что электроны входят в пространство между пластинами с постоянной аксиальной скоростью при радиальной скорости, равной нулю, то отклонение пятна на экране электронно-лучевой трубки можно определить по формуле

где h - отклонение луча на экране, см; I - длина пластин, см; L - расстояние от экрана до середины

пластин, см; d - расстояние между пластинами, см; U - разность потенциалов между отклоняющими пластинами, в; U3 - ускоряющий потенциал, равный напряжению между катодом и анодом, который предшествует отклоняющим пластинам, в. Уравнение (2-58) написано в предположении, что электростатическое поле между пластинами не искажается за счет краевого эффекта и что после отклонения аксиальная скорость электронного луча не изменяется. Электростатическое отклонение в электронно-лучевых трубках оценивается одной из следующих ве-

личин: чувствительностью к отклонению 1

...... , , . Обычные элек-

коэффициент отклонения

тронно-лучевые трубки с электростатическим отклонением имеют коэффициент отклонения порядка 20-100 в/см.

В электронно-лучевой трубке происходит ионизация остатков молекул газа в результате столкновений с электронами, движущимися с катода по направлению к аноду. Образующиеся при этом отрицательные ионы получают ускорение в направлении флуоресцирующего экрана. Хотя ионы много тяжелее, чем электроны, они, так же как и электроны, фокусируются электростатической фокусирующей системой. Это происходит потому, что хотя ионы и не получают такого же ускорения, как электроны, под воздействием сил электростатического поля, однако они остаются под влиянием поля более длительный промежуток времени и успевают отклониться в такой же степени, как и электроны. Электростатическая отклоняющая система так же отклоняет отрицательные ионы, как и электроны. Это подтверждается уравнением (2-58); отклонение электрона не зависит от его заряда и массы, поэтому любая отрицательно заряженная частица отклоняется на ту же величину при тех же условиях. Фокусировка частиц тяжелых ионов на экране трубки вызывает изменение свечения экрана, если одно и то же место подвергается бомбардировке в течение какого-то промежутка времени. Однако благодаря действию электростатической отклоняющей системы ионный луч так же перемещается по экрану трубки, как и электронный



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [16] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.1026