Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 63
Текст из файла (страница 63)
Из-за отсутствия то-а)б)Рис.12.4Глава:1.2.335Электронно-лучевые приборыка в цепи А 1 изменение напряжения на нем при фокусировке невлияет на распределение тока и напряжения на элементах делителя, т. е. не будет расстройки первой линзы Л 1 ; аналогично ирегулировка яркости не исказит фокусировку. Независимостьдействующего в плоскости модулятора потенциала от напряжения первого анода обусловлена малой проницаемостью УЭ с ограничивающими диафрагмами, которые являются надежнымэлектростатическим экраном,препятствующим проникновениюполя первого анода в прикатодную область.Кроме перечисленных, триодным прожекторам присущи следующие недостатки: относительно большие углы расхожденияэлектроноврис.заплоскостью12.2), что приводитскрещения(плоскость0 10 2нак заметному ограничению тока пучка диафрагмой, установленной в ускоряющем электроде или первоманоде; большие значения запирающих напряжений на модуляторе при использовании высоких ускоряющих напряжений.
Этихнедостатков в значительной мере лишены электронные прожекrоры тетродного типа. Схематическое устройство такого типа прожектора изображено на рис.12.4, б.Тетродный прожектор. Такой прожектор является трехлинзовой электронно-оптической системой: первая линза Л 1 формируетсякатодом(К),модулятором(М)ипервымускоряющимэлектродом УЭ 1 ; вторая, слаба.я, линза Л 2 заключена между двум.я ускоряющими электродами УЭ 1 и УЭ 2 ; главная линза образована вторым ускоряющим электродом УЭ 2 , первым А 1 и вторымА 2 анодами.
Первый ускоряющий электрод обычно выполняется в виде короткого цилиндра с ограничивающей диафрагмой,которая уменьшает проницаемость этого электрода, а это, в своюочередь, уменьшает запирающее напряжение.На первый УЭ 1 подают относительно невысокий потенциал(несколько сот вольт), а на второйпотенциал (доускоряющими15".20 кВ).-высокий положительныйЛинза, формируемая между двум.яэлектродами,уменьшаетуголрасходимостиnучка после плоскости скрещения.Применение той или иной конструкции электростатическогоэлектронного прожектора обусловливаете.я функциональным назначением ЭЛТ, требован~ями к качеству фокусировки, яркостисвече~ия, допустимыми искажениями и т. п.Раздел33612.3.3.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫЭлектронный прожектор с магнитной фокусировкойВ ЭЛТ с магнитной фокусировкой в качестве второй (главной)проекционной линзы,отображающей скрещение траекторийэлектронов на экран, используется неоднородное магнитное поле (магнитная линза) короткой катушки, у которой диаметр соизмерим с ее толщиной (длиной).
Катушка заключена в ферромагнитный панцирь и надевается на горловину трубки.В трубках с магнитной фокусировкой используют как триодный, так и тетрадный прожекторы. Тетрадный прожектор применяют, когда необходимо получить высокую разрешающуюспособность и малые искажения при отклонении. В этом случаеэлектроны после скрещения имеют меньший угол расхожденияпо сравнению с триодным типом прожектора, что приводит куменьшению сечения луча в области главной проекционноймагнитной линзы и отклоняющей системы.Неоднородные магнитные поля, используемые в электроннолучевых приборах, создаются катушками, через которые протекает ток.
Для получения нужной структуры магнитного поля используются полюсные наконечники и магнитные экраны,изготовляемые из материалов с большой магнитной проницаемостью.Применение таких материалов позволяет добиться нужной формы магнитного поля.Магнитные поля, применяемые в большинстве ЭЛТ, являются аксиально-симметричными. Такие поля создаются круговыми катушками с ферромагнитными оболочками.Принцип фокусировки электронного луча неоднородным магнитным полем короткой катушки можно проиллюстрироватьс использованием рис.12.5.В общем случае вектор скорости электронаv направлен поднекоторым углом а к оси катушки. Если электрон находится вточке А (рис. 12.5, а), то вектор индукции магнитного поля Ви вектор скоростиимеют как радиальные Br и vr, так и осевые (аксиальные) Ба и va составляющие. Как известно из курсаvфизики, на электрон, движущийся под произвольным угломпо отношению к направлению магнитного поля, действует силаЛоренца Fм = -e[v х В].
Составляющая силы Лоренца Fм~(рис. 12.5, б), обусловленная скоростью электронов va и векторомBr, направлена из-за плоскости чертежа на читателя. Векторноепроизведение [v х В] представляет собой правую тройку векторов,но при определении направления силы F необходимо учитыватьотрицательный знак заряда электрона и тогда Fм - -[u х В]. СилаГлава12.Электронно-лучевые приборы337б)в)а)Рис.12.5Fмt вызывает вращение электронов около оси, т. е. по.являете.яазимутальная составляющая скоростиi\, которая совместно с Ваобразует силу Fмr' направленную к оси катушки (рис.
12.5, в).Описанная ситуация сохраняется до плоскости, проходящейIJ:epeз центральную линию0 10 2катушки перпен,Z(икул.ярно ееоси. Таким образом, при движении электрона до этой плоскос:rи, он перемещается по спирали с уменьшающимся радиусом,отклоняясь к оси катушки. После пересечения плоскости0 10 2направление радиальной составляющей индукции магнитногополяBr меняется на противоположное, и, следовательно, силаF~t будет направлена навстречу силе Fм· Однако после пересечения этой плоскости электроны уже отклонились к оси, гдезначенияBr меньше,и поэтому поперечная силаFм~vtBa будетнаправлена в ту же сторону, что и ранее. Тангенциальная силаF~t справа от плоскости 0 10 2 будет уменьшать скорость вращения электрона, который пересечет ось в некоторой точке С.
Изменяя индукцию магнитного поля за счет регулирования тока в:катушке, можно добиться пересечения траекторий электронов сосью трубки в плоскости экрана (см. рис.12.5), обеспечивая темсамым фокусировку электронного потока.В силу того что в магнитных линзах допустимы большие апертурные углы, разрешающая способность трубок с такой фокуси-Раздел3383.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫровкой увеличиваете.я, потери электронов внутри линзы отсутствуют, так как нет ограничивающих диафрагм и ток луча близокк току катода, т. е. крутизна модуляционной характеристики существенно больше; токи луча также намного больше (несколькомА), чем в трубках с электростатической фокусировкой (сотнимкА).
Однако увеличение сечения пучка, как следствие большихапертурных углов в области главной проекционной линзы, приводит к большим, по сравнению с электростатической фокусировкой, диаметрам луча в области отклоняющей системы, чтоможетвызывать сильныеискаженияприиспользованииэлектростатического отклонения. Поэтому магнитная фокусировка,как правило, требует и магнитных отклоняющих систем.12.4.Отклоняющие системыОсновное назначение отклоняющих систем состоит в пространственном перемещении сфокусированного электроиного луча.Есть два принципиально различных типа отклоняющих систем: электростатическая, в которой отклонение электронноголуча осуществляете.я поперечным (по отношению к вектору скорости электронов) электрическим полем, и магнитная, использующая поперечное магнитное поле.Отклоняющие системы должны обладать хорошей чувствительностью и малыми искажениями сигналов.Если требуете.я перемещать луч последовательно по всей плоскости экрана, то простейшая электростатическая отклоняющаясистема состоит из двух пар попарно ортогональных пластин,расположенных последовательно вдоль оси трубки.
Одна парапластин отклоняет луч в вертикальном направлении, другая-вгоризонтальном. Рассмотрим движение электронов между паройполубесконечных плоских пластин под действием пол.я€, создаваемого разностью потенциалов, приложенной к пластинам.Уравнения движения (см. приложение2)нерелятивистскихэлектронов в декартовой системе координат (рис.чии только поперечного электрического пол.я€=12.6) при нали-€z (€х = €у= О)имеют видd 2xт dt2 =О;(12.3)md2y =О·dt 2'(12.4)d 2zт dt2(12.5)=e€z·Глава1Электронно-лучевые приборы12.Допустим, что электрон влета-339z:'ет в пространство между пластиz0 =·нами (х 0 = О иО) в направле"ИИИ оси х с начальной скоростьюVxo (vy = О, Vzo = 0). Интегрируяуравн~нияполуча(12.3-12.5),rем следующий результат:Х= Vxot; Vz =Lеe{5zmSzt; z = 2т t2.(12.6)ДляполученияРис.12.6уравнения.траектории выражаем из первого уравнения:подставляем этот результат в формулу·для(12.6)времяtиz:(12.7)Такимобразом,электронавсогласнооднородном(12.
7)траекториейэлектростатическомдвиженияполеплоских·:пластин является парабола. Электроны на выходе из пластин..ЛИНОЙ 11 ОТКЛОНЯЮТСЯ На Величину z 1 (см. рис. 12.6):(12.8)rдеS = Pz =Ипл/d; Ипл•d-соответственно разность потенциа-.,лов и расстояние между пластинами, Vxo=~е-Иа 2 ,тИа 2-на-.·:Пряжение на втором аноде, определяющее скорость электроновfv хо на вх.оде в пластины.Угол отклонения а направления движения электрона от первоначального на выходе из пластин определяется дифференци;~юванием выражения (12. 7) по х (при хtgcx.=dzdХ=е{5-2-хтихо1х-1 1=11):И плl1= 2dU а •Полное отклонение hэ луча на экране (см. рис.·ляется формуламиИ плlfZ1= 4dU а2И плl1 l2; Z2= l2 tg СХ. = 2dU а2;12.6)опреде340Раздел3.ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫzС учетом того, чтоLL»11 ,последнее соотношение можно упростить:(12.9)Здесь,какивдальнейшем, принято, что иа2 = иа.Перейдем теперь к вычислению траектории электроновРис.при движении их в магнитной12.7отклоняющей системе, которая обычно содержит две пары катушек, надеваемых на горловинутрубки и образующих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях.
Аналогично электростатической отклоняющей системе одна из пар катушек отклоняет луч в вертикальной,а другая-в горизонтальной плоскости. Рассмотрим отклонениеэлектрона однородным магнитным полем одной пары катушек(рис.12. 7).В однородном магнитном поле (В= Ву, Вх=В 2 =О, приполном отсутствии электрического) уравнения движения электрона в декартовой системе координат имеют вид(12.10)Система уравнений(12.10)справедлива для вычисления траектории электронов как в магнитных отклоняющих, так и в фокусирующих системах. Сила Лоренца, действующая на электрон, перпендикулярна вектору его скоростиполной скорости электронаv, поэтому величинаv Jv; + v~ + v;=остается постоянной, а направление его движения непрерывно изменяется.Если принять, что прирешение системы(12.10)t=О х 0 =О,=О,z0v20=О,vxo = v 0 ,томожно записать в виде(12.11)где ffiц=mеВ-Уравненияэлектронная циклотронная частота.(12.11)описывают траекторию, которая представляет собой окружность радиусаRтv0=еВ,следовательно, в одно-Главаri родном12.341Электронно-лучевые приборымагнитном поле электрон будет вращаться по окруж-!ности радиуса R с частотой rоц.
Поскольку диаметр 1 отклоняю1: щихкатушек, как правило, существенно меньшеR,на выходеi из них отклонение электрона от оси трубки можно предс.тавить~.в виде приближенного соотношения z 1=11 tg а (см. рис. 12. 7).~Дальше электрон будет двигаться по касательной к его криво!. линейной траектории в точке выхода из поля. При малых углах1tg а ~Z1а и тогда а ~ у1v,vи если принять, что путь, проиденныивнутри катушек, незначительно отличается от их диаметра, то{12.12)где Иа-потенциал последнего электрода перед отклоняющейсистемой.Угол а можно вычислить из формулы(12.12),если учесть,,что индукция магнитного поля В пропорциональна числу ам;пер-витков катушки, т. е. В=k 1 wl (k 1-коэффициент пропорциональности, определяемый конструкцией катушки;. ловитков;1-w -чисток, протекающий по виткам).Полное смещениеэлектрона на плоском экране ЭЛТ, от-hстоящем на расстоянииLот центра отклоняющих систем (см.; рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
