электровакуум.приборы (Гуртовник А. Г., Точинский Е. Г., Яблонский Ф. М. - Электровакуумные приборы и основы их конструирования), страница 13

Она осуществляет перенос иэображения, не меняя его масштаба. Изображение получается прямым, а не перевернутым в отличие от рассмотренных выше линз. Такие линзы широко применяются в электронно-лучевых приборах, в частности некоторых передающлсс трубках, Короткая магнитная линза образуется неоднородным аксиальносимметричным полем катушки, длина которой намного меньше ее диаметра (рис. 4.12) . Рассмотрим движение электрона, влетающего со скоростью ч в область поля такой линзы. Пока электрон не влетает в поле линзы, он движется прямолинейно. По мере захода в область линзы электрон начинает взаимодействовать с полем.

Допустим, что электрон пересекает силовую линию поля в точке Р. Разложим скорость электрона ч и вектор В соответственно на составляющие: чр, ч„р и Вр, В„р. Так как чар 1 Вр и чр1 В„р, то на электрон будут действовать'силы Рь и Рз, равные: Р, =-е[чпРВР)1 Рз и — е[чрйпр). 60 Зти силы направлены в одну сторону перпендикулярно плоскости чер- тежа.

Составляющая чр <ч„р, так как рассматривается движение параксиальных электронов, то Рз~ Р! сс 1/Г= Г В, с1г' ймегув ь сс Ф=// ' Г В.. —,// з-,.. (4.25) Значения Г и р могут быть определены, если известно распределение индукции магнитного поля вдоль осн линзы. Распределение индукции определяется силой тока в обмотке катушки, размерами н формой катушки. Для практических расчетов удобно пользоваться формулами: 0,15 1/Г = (0,022 10~/Ус) Г Вас(г; 1с = — ' Г Вада, (4.26) ~/йс — ° где В выражено в теслах; Ц, — ускоряющее напряжение, В; Г и г— в сантиметрах; р — в радианах. Выражения (4.24) и (4.25) позволяют сделать следующие выводы: оптическая сила электронной линзы тем больше, чем меньше скорость электронов на входе линзы и чем больше площадь, ограниченная кривой квадрата индукции магнитного поля на оси линзы; 61 т.

е. Рэ можно пренебречь. В результате деиствия силы Р, появляется тангенциальная составляющая скорости ч, перпендикулярная вектору В„р. Взаимодействие „г' этой составляющей скорости с продольной составляющеи магнитного поля приведет к появлению новой силы Р = -е[ В„рчг) (4.23) Эта сила будет отклонять электрон к оси, и в точке О он пересечет ее. При этом изображение будет повернуто вокруг оси ца некоторый угол р (рис. 4.12, 0) .

Изменяя ток в фокусирующей катушке и, следовательно, шщукцию магнитного поля, можно добиться пересечения траекторий электронов с осью трубки в плоскости экрана, т. е. обеспечить фокуси. ровку электронов. Оптическая сила короткой магнитной линзы и угол поворота изображения вокруг оси определяются соотношениями: Ряс. 443. Фокуснрующзя система с мзпщтопроводом: 1 — обмотка; 2 — каркас; 3 — маюпооровод (е1 — ширина каркаса; 2)э — внутренннй, 2з — наружный днзметры намотки) 2 3 фокусное расстояние линзы зависит от заряда и массы частиц, Из этого следует, что электроны и ионы будут фокусироваться неодинаково. Отрицательные ионы, как более тяжелые частицы, практически фокусироваться не будут; линза осуществляет поворот изображения, угол которого зависну от индукции магнитного поля, заряда, массы частиц и скорости электронов; оптическая сила линзы всегда положительна (линза всегда собирающая) и не зависит от напрзвления магнитного поля, Выражение (4.22) справедливо и для магнитных линз.

Так же как и для электростатических линз, зная положение средней плоскости линзы и фокусное расстояние, можно построить электронное изображение объекта, пользуясь методами световой оптики. Магнитодвижушую силу фокусируюшей катушки можно определить приближенным выражением: Р = 10х/ГЛК где Я вЂ” радиус среднего витка катушки, см; У вЂ” в вольтах; 2' — в сантиметрах. Обычно фокусируюшие катушки помещают в магннтопровод нз ферромагнитного материала, имеющий узкую кольцевую щель (рис. 4.13) .

Применение магнитопровода позволяет уменьшить рассеивание и резко повьюнть напряженность поля на небольшом участке в районе щели н соответственно увеличить оптическую силу линзы. При этом существенно уменьшается мощность, потребляемая фокуснруюшей системой, и ослабляется воздействие внешних магнитных полей. Магнитодвижушая сила катушки с магнитопроводом вычисляется по формуле Р = 10й, „,/ОЛ7Л где Я вЂ” внутренний радиус магннтопровода; эсф к — коэффициент формы катушки, равный 0,6 — 0,75. 62 /7лоскас~по линем ! — н — Басе рые элен про~о медленные электроны ЙВФ. Ооьенпэ боннообраэная Лодуиекооораэная Рнс. 4.14.

Виды аберрздвй в электронных линзах: а — хроматическая; и — сфернческзя; в — образование комы, г — астнгматнзм поля; д — днсгорсня В отличие от электростатических линз магнитные имеют большие габаритные размеры и массу, а также требуют затраты энергии, т. е. они менее экономичны. Фокусируюшее поле может быть создано также постоянными магнитами. При этом энергия на фокусировку не затрачивается, но регулирование оптических параметров механическим путем представляет определенные неудобства. По этой причине постоянные магниты, образуюш;ие мапвпостатическне линзы, получили ограниченное применение. Аберрации электронных линз, Электронным линзам, как и свето- оптическим линзам, всегда свойственны аберрации (искажения), воз. никаюшне нэ-за непаракснальностн и немонохроматичности электронных пучков, нарушений симметрии линзы и других причин.

Известны следующие аберрации электронных линз: хроматическая, сферическая, аберрации косых пучков (астигматизм, кома, днсторсия) . Хроматическая аберраиил обусловлена разбросом начальных скоростей электронов. Электроны, исходящие из одной точки с различными скоростями, фокусируются в различных точках оси пучка (рис. 4.14, а). Известно, что фокусное расстояние любой электронной линзы зависит от скорости электронов.

Оно возрастает с увеличением скорости электронов, поэтому быстрые электроны фокуси- 63 руются дальше от линзы, чем медленные. В результате на экране вместо точечного изображения получится кружок рассеяния. Сферическая аберрация проявляется в том, что электроны собираются тем ближе к линзе, чем дальше от оптической оси лежат их траектории. В результате изображение точки на экране будет выглядеть в виде размытого диска определенного диаметра (рис. 4.14, б).

Эта аберрация определяется размерами объекта и имеет место для непараксиальных траекторий. Рассмотренные виды искажений изображения в электронных линзах являются наиболее часто встречающимися в электронно-лучевых приборах. Аберрациям вида кома и астигмагизм присуши только точки объекта, лежащие не на оси.

Происхождение комы объясняется асимметрией электронного пучка, выходящего из точки предмета, не лежащей на оси (рис. 4.14, в) . Фигура рассеяния имеет кометообразную форму, Асгигматизм обусловлен тем, что лучи, выходящие из точки предмета и идущие в разных плоскостях, фокусируются в различных местах. Точки на плоскости изображения выглядят в виде эллипсов (рнс. 4. 14, г) . Дисгорсия проявляется в искажениях масштаба и геометрии изображения (рис. 4.14,д). В магнитных линзах добавляются аберрации, обусловленные вращением электронов в магнитном поле. Несмотря на это, магнитные линзы создают изображения с относительно меньшими аберрациями.

Объясняется это тем, что фокусирующие катушки надевзются на горловину трубки и, следовательно, размеры магнитных линз по сравнению с электростатическими возрастают. Контрольные вопросы и задания 1. В чем проявляется аналогия между электронной и световой оптикой? 2. Назовите основные различия между световой и электронной оптикой. 3. В чем отличие магнитного и электрического действий поля на помещенный в эти поля электрон? 4. Почему в иммерснонной и одиночной линзах собирающее действие поля сильнее рассеивающего? 5.

В чем различие между длинной и короткой магнитными линзами? 6. За счет какой компоненты скорости электрона происходит фокусировка в тонкой магнитной линзе? 7. Сравните между собой системы магнитной и электростатической фокусировки. Назовите достоинства и недостатки каждой системы, 8. Назовите основные виды аберраций электронных линз и причины их возникновения. Часть вторая ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ Глава лягал ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМПАХ 5.1. НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП Электронной лампой называется злектровакуумный прибор, работа которого основана на управлении током с помощью изменения потенциалов электродов.

Выполняемые электронными лампами функции цшогообразны, однако можно выделить два основных назначения этих приборов. Первое — преобразование электрической энергии, например преобразование постоянного тока источника питания в переменный и, наоборот,.переменного в постоянный. Второе — преобразование электрических сигналов: усиление, изменение спектра и т. п, Во многих областях электроники, радиотехники и автоматики электронные лампы были обоснованно вытеснены полупроводниковыми и микроэлектронными приборами, имеющими меньшие габаритные размеры и массу, более высокий коэффициент полезного действия.

Однако в ряде случаев электронные лампы обладают преимуществами по сравнению с полупроводниковыми приборами, а иногда являются вообще незаменимыми на данном этапе приборами. Широкий диапазон рабочих температур, доходящий до нескольких сотен градусов, высокая радиационная стойкость, стабильность характеристик, высокие допустимые напряжения обусловливают дальнейшее развитие этих приборов. 55Д УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП Устройство электронных ламп рассмотрим на примере триода, показанного на рис. 5.1.