zlobina_af01 (519754), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Одиночная линза всегда является собирающей. Кроме того, она симметрична, т.е. f = f . В противоположность иммерсионной одиночная линза формирует электронное изображение, не изменяя энергии создающего изображение электронного пучка.

Иммерсионный объектив

Под иммерсионным объективом, называемым также катодной линзой, понимается комбинация электронной линзы с источником электронов – катодом. Иммерсионный объектив представлен на рис. 4.7.

В
иммерсионном объективе между катодом и анодом, имеющим положительный потенциал, помещена диафрагма, называемая модулятором и имеющая небольшой отрицательный относительно катода потенциал. Очевидно, что поле в области диафрагмы модулятора М будет фокусировать в электронный пучок, поле же в области анодной диафрагмы А будет оказывать рассеивающее действие. Однако общее действие такого иммерсионного объектива будет собирающим, так как в первой области скорости электронов, эммитируемых катодом, значительно меньше скоростей, набираемых ими в поле линзы при переходе к рассеивающей области.

Наряду с образованием электронного изображения, иммерсионный объектив может быть использован для управления величиной тока пучка электронов, проходящих через модулятор, так как изменяя отрицательный по отношению к катоду потенциал модулятора, можно изменять как размеры поверхности взаимодействия поля с пространственным зарядом электронов, так и саму величину этого поля, проникающего через отверстие в модуляторе.

Иммерсионный объектив является неотъемлемой и важнейшей частью электронно-оптических систем всех электронно-лучевых приборов.

4.2 Магнитные линзы

Известно, что однородное продольное магнитное поле при движении в нем параксиального пучка электронов способно создать электронное изображение некоторого объекта. Такое поле называют длинной магнитной линзой.

Н
еоднородное аксиально-симметричное магнитное поле образует симметричную собирающую электронную линзу. На практике такая «короткая» магнитная линза может быть создана круглой катушкой, по виткам которой протекает ток (рис. 4.8).

При практическом расчете линзы важно знать, каковы должны быть радиус и каково число ампер-витков (N I) такой катушки, чтобы получить линзу с заданным фокусным расстоянием (F). Если в катушке N витков и по ним протекает ток I , то, считая R равным ее среднему радиусу, можно оценить оптическую силу катушки выражением:

,

откуда получим выражение, связывающее ампер-витки катушки, создающей магнитную линзу, с ее фокусным расстоянием, радиусом и скоростью электронов в пределах линзы:

N I = 10 ,

где U выражено в вольтах, а I – в амперах.

Увеличения оптической силы линзы можно добиться, увеличивая ампер-витки. При этом фокусное расстояние будет уменьшаться, а фокус будет приближаться к катушке. Может оказаться, что при определенной величине ампер-витков (IN) линза станет настолько сильной, что фокус ее окажется уже в поле линзы. Оставшаяся часть поля, в которой электрон движется после пересечения оси, вновь будет стремиться отклонить его к оси, в результате этого электрон пересекает ось уже за пределами поля линзы. При этом линза дает два изображения.

Для получения короткофокусной магнитной линзы желательно, увеличивая оптическую силу поля, образующего ее, уменьшать протяженность этого поля вдоль оси симметрии так, чтобы уже первое изображение, создаваемое линзой, лежало вне области этого поля. Такого сокращения продольного размера линзы можно добиться, если поместить катушку, создающую это поле, в железный панцирь с узкой кольцевой щелью.

Такая катушка схематически показана на рис. 4.9. Магнитное поле концентрируется в области щели, и продольный размер линзы резко сокращается, при этом напряженность магнитного поля возрастает. В этом случае выражение для ампер-витков катушки, создающей линзу, может быть записано в виде:

N I = 10K ,

где K – коэффициент, меньший единицы, характеризующий получающийся при введении железных магнитопроводов выигрыш в ампер-витках. Величина этого коэффициента лежит в пределах 0,50,7.

Магнитные линзы обладают рядом преимуществ. Для их создания не требуются высокие напряжения, их оптическую силу можно легко и в широких пределах регулировать изменением тока, протекающего по виткам катушки.

4.3 Устройство электронно-лучевой трубки

Рис. 4.10 – Схема питания ЭЛТ:

1 – стеклянный баллон трубки;

2 – подогреватель;

3 – подогревный, оксидный, торцевой катод;

4 – модулятор;

5 – ускоряющий электрод;

6 – анод первый;

7 – анод второй:

8 – пластины, отклоняющие по оси Y;

9 – пластины, отклоняющиеся по оси Х;

10 – экран (люминофор);

11 – алюминевая пленка;

12 – анод третий, после ускорения;

13 – делитель напряжения (источник питания)

Устройство ЭЛТ представлено на рис. 4.10. Электроды 27 образуют электронный прожектор или электронную пушку. Из электронной пушки выходит сформированный электронный луч. Электроды 8 и 9 образуют отклоняющую систему, обеспечивая движение луча по экрану. Электроды 10 и 11 – экран ЭЛТ. Все электроды электронной пушки запитываются от делителя напряжения (13), напряжение на делителе составляет 1035 кВ в зависимости от типа трубки. Положительный вывод источника заземлен, на все электроды подается отрицательное относительно земли напряжение.

В торце узкой части (горловины) ЭЛТ расположен термокатод в виде цилиндра (3), внутри которого помещена спираль для подогрева (2). Дно цилиндра с внешней стороны покрыто оксидным слоем; с его поверхности при подогреве эмиттируются электроны. Энергия этих электронов составляет сотые доли электрон-вольта, распределение направления движения подчиняется закону косинуса. Катод расположен внутри другого цилиндра с небольшим круглым отверстием – диафрагмой. Это модулятор (4), к нему подводится небольшой, отрицательный относительно катода потенциал, регулируемый в пределах от нуля до нескольких десятков вольт. Меняя напряжение модулятора, изменяют плотность тока электронного луча. Электронный поток формируется только за счет электронов, прошедших через диафрагму диаметром около 1 мм.

Далее по оси трубки располагаются еще 2 или 3 цилиндра – ускоряющий электрод (5), анод первый (6) и анод второй (7) – это фокусирующие и ускоряющие электроды. Вследствие различия потенциалов катода, модулятора, ускоряющего электрода и анодов и подбора их геометрии в пространстве между ними создаются неоднородные электрические поля – электронные линзы. Проходя через эти линзы, электроны образуют узкий, сходящийся у экрана поток – электронный луч. Энергия электронов в луче соответствует потенциалу второго анода. На рисунке показана ЭЛТ с электростатической фокусировкой. Поля модулятора и ускоряющего электрода образуют иммерсионную линзу, которая ускоряет и фокусирует электроны. Поля модулятора и А₁ – вторая линза, А₁ и А₂ – третья линза. Количество линз зависит от типа трубки.

Есть большой класс ЭЛТ с магнитной фокусировкой, где роль фокусирующей линзы выполняет неоднородное магнитное поле короткой магнитной катушки, надеваемой после ускоряющего электрода или после первого анода на горловину трубки. Магнитная линза не может применяться вместо иммерсионной линзы, поскольку магнитное поле изменяет траекторию уже ускоренных электронов, но не может их ускорять.

4.4 Модуляция электронного луча по плотности

Изменение плотности тока луча меняет яркость пятна на экране ЭЛТ в широких пределах: от полного исчезновения до максимального значения. Управление осуществляется изменением электрического поля в прикатодной части электронной пушки, между катодом и модулятором.

На рис. 4.11 показана картина электрического поля, образующего иммерсионную линзу.

Возле диафрагмы, в пространстве между катодом и модулятором, существует неоднородное электрическое поле, эквипотенциали поверхности, которого обращены выпуклостью к катоду – область фокусировки электронов.

Рис. 4.11 – Эммерсионная линза

Противоположное расположение эквипотенциальных поверхностей в области ускоряющего электрода – область расфокусировки. Линза осесимметрична. Электроны выходят из катода, имеют очень маленькую энергию (примерно 0,01 эВ), и на них действует поле модулятора. Модулятор имеет отрицательный потенциал относительно катода, поле модулятора возвращает электроны к катоду. Поле ускоряющего электрода, проникая через диафрагму модулятора, ускоряет электроны и обеспечивает их выход через диафрагму модулятора.

Результирующее поле у катода слагается из тормозящего поля модулятора и ускоряющего поля ускоряющего электрода. При этом у поверхности катода образуется отрицательный пространственный заряд электронов. Величина пространственного заряда определяется еще и диаметром отверстия в модуляторе.

Итак, поле у катода зависит от напряжения на модуле и от напряжения на ускоряющем электроде . Для того, чтобы раскрыть механизм этой зависимости, вводится понятие действующего напряжения :

,

где D – проницаемость модулятора (характеризует степень проникновения поля ускоряющего электрода в пространство модулятор – катод и учитывает ослабление действия этого поля на потенциальный барьер у катода по сравнению с полем модулятора). Меньшее влияние напряжения ускоряющего электрода объясняется, во-первых, тем, что расстояние от ускоряющего электрода до катода больше, чем от модулятора до катода, во-вторых, поле ускоряющего электрода слабо проникает через отверстие в модуляторе. Чем меньше отверстие в модуляторе, тем меньше проницаемость D. Ток луча можно регулировать, изменяя U_м и U_уэ. Тогда проницаемость можно определить как

при I_к = const.

Характеристики

Список файлов книги