Триодный электронный прожектор образован тремя электродами: модулятором, первым и вторым анодами. Электростатическая система фокусировки состоит из иммерсионного объектива (катод – модулятор - первый анод) и иммерсионной линзы (первый анод - второй анод) – главной проекционной линзы.

Схема триодного прожектора

Основной недостаток триодного прожектора – взаимное влияние процессов регулировки тока (яркости) и фокусировки луча. Этот недостаток устраняется в ЭЛТ более сложных конструкций.

Типы электронных прожекторов с электростатической фокусировкой

В электронном прожекторе с ускоряющим электродом (а) между модулятором М и первым анодом А1 расположен ускоряющий электрод УЭ. Таким образом, прожектор состоит из иммерсионного объектива (К-М-УЭ) и одиночной линзы (УЭ-А1-А2).

Первый анод, служащий для регулировки фокусировки луча (потенциал U_{A 1} - несколько сот вольт), отделен от модулятора экранирующим ускоряющим электродом (с постоянным положительным потенциалом U_A2 до нескольких киловольт), поэтому значительно уменьшается взаимное влияние регулировок тока (яркости) и фокусировки луча.

В электронном прожекторе с нулевым током первого анода (б) между модулятором и первым анодом также располагают ускоряющий электрод с постоянным потенциалом UA2,, который является электрическим экраном между иммерсионным объективом (К-М-УЭ) и одиночной линзой (УЭ-А1-А2).

При этом значительно уменьшается влияние линз друг на друга. Вторым важным преимуществом прожектора является то, что ток первого анода практически равен 0, т.к. А₁ выполнен в виде диафрагмы большого диаметра. Таким образом, при изменении U_A1 отсутствует взаимное влияние потенциалов различных электродов.

Прожектор тетродного типа является трехлинзовым и содержит: иммерсионный объектив (К-М-УЭ1), иммерсионную линзу (УЭ1-УЭ2) и главную проекционную (одиночную) линзу.

Потенциал первого ускоряющего электрода U_УЭ1 невысок (несколько сот вольт) и определяет напряжение запирания на модуляторе U_МЗ.. Преимущество тетродного прожектора - значительно более низкое напряжение запирания U_МЗ (по сравнению с триодным прожектором).

Электронный прожектор с магнитной линзой

В электронных прожекторах с магнитной линзой используется неоднородное аксиально-симметричное магнитное поле короткой катушки, т.е. такой катушки, длина которой соизмерима с ее внутренним диаметром. В триодном электронном прожекторе (а) имеется иммерсионный объектив (К-М-А), в тетродном (б) – иммерсионный объектив (К-М-УЭ) и иммерсионная линза (УЭ-А). Главной проекционной линзой в обоих случаях является магнитная линза.

Магнитная линза. Принцип фокусировки луча

На электрон, движущийся со скоростью в магнитной линзе (схема а) действует сила в результате взаимодействия с радиальной составляющей вектора магнитной индукции (схема б). Эта тангенцальная сила направлена перпендикулярно к плоскости схемы.

Под действием этой силы возникает тангенцальная составляющая скорости электрона .

На электрон, движущийся со скоростью во внешнем магнитном поле (схема в) действует сила , которая направлена по радиусу к оси линзы. Таким образом, в неоднородном магнитном поле линзы электрон движется по спирали с уменьшающимся радиусом и в некоторой т. С его траектория пересекает ось линзы. Регулируя ток в катушке и меняя тем самым величину можно регулировать фокусное расстояние линзы.

Типы магнитных фокусирующих катушек и их магнитные поля

Для увеличения фокусирующего действия магнитной линзы, а также для концентрации магниного поля в ограниченном пространстве фокусирующие катушки содержат магнитопроводы. Такие катушки называются “панцирными”.

Преимуществами магнитных фокусирующих систем являются лучшие фокусирующие свойства и меньшие искажения изображения.

Недостатки: необходим мощный источник питания фокусирующих катушек.

Магнитные системы находят широкое применение в радиолокационных трубках.

Отклоняющие системы (ОС)

Электростатические ОС

Простейшая ОС состоит из двух пар плоских параллельных пластин. Если пренебречь краевым эффектом, то E=U_пл/d. Рассмотрим движение электрона. Начальная скорость , где U_A2 - напряжение на втором аноде электронного прожектора.

Уравнение движения электронов между пластинами: ;

Решая систему уравнений, получаем:

Электрон, двигаясь по параболе, к моменту выхода из пластин отклоняется на величину z₁ и далее движется по касательной к экрану, отклоняясь на величину z₂. Суммарное отклонение равно:z=z₁+z_2.

Определим z₁:

Подставляя выражения для Е и v₀, получим:

Найдем отклонение . .

Подставляя выражения для E и v₀, получим и

Таким образом: , где L-расстояние от середины пластины до экрана.

Чувствительность к отклонению

Чувствительность к отклонению – это коэффициент пропорциональности в функции z=f(U_пл), который характеризует отклонение луча при разности потенциалов на отклоняющих пластинах U_пл=1В.

, т.е. z=ε_ЭU_пл;

В действительности, если не пренебрегать краевыми эффектами, электрическое поле у краев пластин искривлено и электрон подвергается его воздействию еще на некотором расстоянии от пластин, поэтому приблизительно на 15% выше расчетной.

Максимальный угол отклонения определяется геометрическими параметрами l₁ и d пластин. Для увеличения применяют: а) косо расставленные, б) изломанные и в) изогнутые пластины.

Если принять ЭЛТ с изогнутыми пластинами за 1, то для изломанных, косо расставленных и плоскопараллельных пластин соответственно будут 0.95; 0.84 и 0.51.

Магнитная отклоняющая система

Магнитная отклоняющая система содержит две пары катушек, надеваемых на горловину трубки и образующих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Рассмотрим движение электрона под действием магнитной отклоняющей системы.

В зоне действия вектора магнитной индукции электрон движется по окружности радиусом r: ,где v₀ – начальная скорость электрона. При выходе из магнитного поля электрон продолжает движение под углом α. Отклонение электрона от оси: - при малых α. Величина центрального угла α=S/r≈l₁/r, где S-длина дуги.

и . Т.к. , то = учитывая, что B=kwI, где w-число витков в катушке, I- сила тока, запишем .

Чувствительность к отклонению для магнитной системы

Чувствительность к отклонению для магнитной системы – это коэффициент пропорциональности между отклонением луча и индукцией магнитного поля: , т.е. z=ε_MB .

Достоинства и недостатки электростатической и магнитной систем отклонения

Достоинства магнитных систем:

• отклонение луча в меньшей степени зависит от скорости электрона ( ) в отличие от электростатической системы ( );

• внешнее расположение магнитных катушек относительно ЭЛТ, что позволяет применять вращающиеся вокруг оси трубки ОС (например, в радиолокационных ЭЛТ).

Недостатки магнитных ОС:

• невозможность их использования при частотах отклоняющих напряжений более 10…20 кГц;

• потребление значительного тока и необходимость применения мощных источников питания.

Достоинства электростатических ОС:

• возможность работы при высоких частотах напряжений (до десятков МГц);

• более высокая экономичность по сравнению с магнитными ОС.

Недостатки электростатических ОС:

• большая зависимость отклонения луча от скорости электронов ( ).

В связи с этим магнитные ОС находят применение в трубках с высоким анодным потенциалом для получения большой яркости свечения экрана.

Экраны электронно-лучевых трубок (ЭЛТ)

Экран ЭЛТ – тонкий слой люминофора, нанесенный на внутреннюю поверхность торцевой части трубки методом напыления в вакууме.

Люминофоры – вещества, способные интенсивно светиться в результате бомбардировки их электронами. В качестве люминофоров используются окиси и сульфиды цинка, магния, кремния и др. Эти вещества легируются серебром, хромом, марганцем и другими элементами. Поглощая энергию электронов проникающих в тело люминофора, электроны вещества переходят на более высокие энергетические уровни. При возвращении электронов на стационарные уровни происходит излучение атомами квантов света.

Требования к люминофорам:

• высокая светоотдача;

• хорошие вакуумные характеристики (малое газосодержание, возможность обезгаживания);

• термостойкость;

• высокий срок службы;

Потенциал экрана

При бомбардировке экрана электронами происходит вторичная электронная эмиссия с коэффициентом , где n_1,n₂ - количество первичных и вторичных электронов. От величины σ зависит потенциал экрана.

Участок ОА: при небольших значениях ускоряющего напряжения UA2 σ<1 (энергия первичных электронов недостаточна для эмиссии вторичных электронов). На поверхности экрана скапливаются электроны и его потенциал стремится к потенциалу катода (UK=0) и свечение прекращается.

Потенциал U_A2’ называют первым критическим потенциалом.