Лекции4 (Лекции - Физические основы электронных приборов)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАДисциплина:Физические основы электронных приборовМихайлов Валерий ПавловичЛекция № 6Отклоняющие системы (ОС)Электростатические ОСПростейшая ОС состоит из двух пар плоскихпараллельных пластин. Если пренебречь краевым эффектом,то E=Uпл/d. Рассмотрим движение электрона. Начальнаяскорость электрона:2ev0 =U A2mгде UA2 - напряжение на втором аноде электронногопрожектора.Уравнение движения электронов между пластинами:ì x = v0 tïíEe 2ïî z = 2m tРешая систему уравнений, получаем:z=Ee2mv02x2.Осциллографическая электронно-лучевая трубкаЭлектрон, двигаясь по параболе, к моменту выхода изпластин отклоняется на величину z1 и далее движется покасательной к экрану, отклоняясь на величину z2.

Суммарноеотклонение равно: z=z1+z2.Определим z1:z1 =Ee2mv0l2 1Подставляя выражения для Е и v0 , получим:U пл2z1 =l1 .4dU A 22Найдем отклонение:z 2 = l 2 tgadztga =dxx =l1=Eemv02x=Подставляя выражения для E и v0, получим:U плtga =l12dU A 2U плz2 =l1l 22dU A 2Таким образом:U пл l1z=2dU A 2æ l1ö U пл l1 Lç + l2 ÷ =è2ø 2dU A 2где L - расстояние от середины пластины до экрана.Eemv0l2 1Чувствительность к отклонениюЧувствительность к отклонению – это коэффициентпропорциональностивфункцииz=f(Uпл), которыйхарактеризует отклонение луча при разности потенциалов наотклоняющих пластинах Uпл=1В.l1 LeЭ =2dU A2т.е. z=εЭUпл;В действительности, если не пренебрегать краевымиэффектами, электрическое поле у краев пластин искривлено иэлектрон подвергается его воздействию еще на некоторомрасстоянии от пластин, поэтому εЭ приблизительно на 15%выше расчетной.а)б)в)Максимальный угол отклоненияamaxопределяетсягеометрическими параметрами l1 и d пластин.

Для увеличенияприменяют: а) косо расставленные, б) изломанные и в)изогнутые пластины.Если принять εЭ ЭЛТ с изогнутыми пластинами за 1,тодляизломанных,косорасставленныхиплоскопараллельных пластин соответственно будут 0.95;0.84 и 0.51.Магнитная отклоняющая системаТраектория движения электронов вмагнитной отклоняющей системеМагнитнаяотклоняющая системасодержит две парыкатушек, надеваемыхна горловину трубки иобразующих магнитныеполявовзаимноперпендикулярныхнаправлениях.Рассмотримдвижение электрона поддействиеммагнитнойотклоняющей системы.Электронно-лучевые трубки для мониторовВ зоне действия вектора магнитной индукции В электрондвижется по окружности радиусом r:mv0r=eBгде v0 – начальная скорость электрона.

При выходе измагнитного поля электрон продолжает движение под углом α.Отклонение электрона от оси:z = Ltga » Laпри малых α. Величина центрального угла:α=S/r » l1/r,где S - длина дуги.Расположение отклоняющих катушекeBa=l1mv0Т.к.eBz=l1 Lmv0и2U Ae ,vo =mтоz=e2U A emmBl1 L =eBl1 L2mU A 1Учитывая, что B=kwI, где w - число витков в катушке,I - сила тока, запишем:z=ekwIl1 L2mU AЧувствительность к отклонению для магнитнойсистемыЧувствительность к отклонению для магнитнойсистемы – это коэффициент пропорциональности междуотклонением луча и индукцией магнитного поля:eM =el1 L2mU A,т.е.z=εM B .Достоинства и недостатки электростатическойи магнитной систем отклоненияДостоинства магнитных систем:•отклонение луча в меньшей степени зависит от скоростиэлектрона ( 1 ) в отличие от электростатической системы ( 1 );v0v0 2•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 отклоняющихнапряжений более 10…20 кГц;•потребление значительного тока и необходимость применениямощных источников питания.Достоинства электростатических ОС:- возможность работы при высоких частотах напряжений (додесятков МГц);- более высокая экономичность по сравнению с магнитнымиОС.Недостатки электростатических ОС:- большая зависимость отклонения луча от скорости электронов( 1 ).v02В связи с этим магнитные ОС находят применение втрубках с высоким анодным потенциалом для получениябольшой яркости свечения экрана.Экраны электронно-лучевых трубок (ЭЛТ)Экран ЭЛТ – тонкий слой люминофора, нанесенный навнутреннюю поверхность торцевой части трубки методомнапыления в вакууме.Люминофоры – вещества, способные интенсивносветиться в результате бомбардировки их электронами.

Вкачестве люминофоров используются окиси и сульфиды цинка,магния, кремния и др. Эти вещества легируются серебром,хромом, марганцем и другими элементами. Поглощая энергиюэлектронов проникающих в тело люминофора, электронывещества переходят на более высокие энергетические уровни.При возвращении электронов на стационарные уровнипроисходит излучение атомами квантов света.Экран в электронно-лучевой трубке1 – подогреваемый оксидный катод;2 – управляющий электрод (модулятор);3, 4 – первый и второй аноды (образуют иммерсионную линзу);Электроды 1,2,3 образует иммерсионный объектив5 – отклоняющая система;6 – токопроводящий слой (аквадаг);7 – экран;8 – анодный выводТребования к люминофорам:высокая светоотдача;хорошиевакуумныехарактеристикигазосодержание, возможность обезгаживания);термостойкость;высокий срок службы.(малоеПотенциал экранаПри бомбардировке экрана электронами происходитвторичная электронная эмиссия с коэффициентомn2s=n1где n1, n2 - количество первичных и вторичных электронов.

Отвеличины σ зависит потенциал экрана.Кривая зависимости σ отUА2Участок ОА: при небольших значениях ускоряющегонапряжения UA2 σ<1 (энергия первичных электроновнедостаточна для эмиссии вторичных электронов). Наповерхности экрана скапливаются электроны и его потенциалстремится к потенциалу катода (UK=0)и свечениепрекращается.Потенциал UA2’ называют первым критическимпотенциалом.Участок А-Б.

σ>1 и потенциал экрана примерно равенUA2, т.к. число уходящих с экрана электронов равно числу n1первичных электронов луча (устанавливается динамическоеравновесие). При этом часть вторичных электронов n2возвращается на положительно заряженный экран, а частьотводится при помощи токопроводящего слоя (аквадага),нанесенного на стенки ЭЛТ и соединенного со вторым анодом.УчастокUA2>UA2”.Происходитнакоплениеотрицательного заряда на экране и снижение потенциалаэкрана до значения UA2”, при котором σ=1. Потенциал UA2”называютвторымкритическимилипредельнымпотенциалом экрана.Яркость свеченияB = Aj (U - U 0 )n[кд/м2] – Закон Ленарда,где j -плотность электронного луча; U - разность потенциалов; U0 наименьшая разность потенциалов, при которой начинаетсясвечение экрана (U0 =10…300 В); А,n - константы, зависящиеот свойств люминофора (n=1…3).СветоотдачаСветоотдача – к.п.д.

люминофора, равный отношениюмощности излучения в видимой части спектра к мощности,затраченной на возбуждение атомов люминофора (от 0,1 до 10кд/Вт). Значительная часть энергии первичных электроновзатрачивается на нагрев экрана, вторичную эмиссиюэлектронов и излучения в невидимой части спектра.Длительность послесвеченияКинетическая энергия электронов превращается вэнергию видимого излучения не мгновенно, а в течениеконечного интервала времени (~10-7с).Уменьшение яркости свечения люминофора поокончании возбуждения происходит по экспоненциальномузакону.Время послесвечения экрана – это время, в течениекоторого яркость свечения уменьшается до 1% отмаксимального значения.Все экраны разделяются на экраны: с очень коротким(менее 10-5с), коротким (10-5…10-2с), средним (10-2…10-1с),длительным (10-1…16 с) и очень длительным (более 16 с)послесвечением.Трубки с коротким и очень коротким послесвечениемшироко применяются в осцилографах, со средним – втелевидении, с длительным – в радиолокационныхиндикаторах.Алюминированные экраныНа слой люминофора методом испарения в вакууменаносится алюминиевая пленка толщиной 0,15…0,25 мкм,которая обычно соединяется со вторым анодом (UA2).

Такимобразом, потенциал экрана всегда равен потенциалу UA2 и неэависит от коэффициента вторичной эмисии σ.Алюминиеваяпленкаобладаетвысокойэлектропроводностью, проницаемостью для электронов,непроницаемостью для ионов остаточных газов иповышенной отражающей способностью.1-стекло2-люминофор3-алюминиевая пленкаОна выплняет три основные функции: 1) повышаетпотенциал экрана за счет непосредственного отводаэлектронов; 2) предохраняет люминофор от бомбардировкиионами остаточных газов; 3) увеличивает яркостьизображения..