Курсовая работа

по курсу вакуумной и плазменной физики

На тему:

Формирование электронных пучков.

Выполнил: Мостный А.С.

Студент 3 курса ФМиКТ

ТТЭ 2 группа

Проверил: Аккизов Ю.А.

Нальчик

Электроннолучевыми приборами называются электровакуумные приборы, действие которых основано на формировании и управлении по интенсивности и положению одним более электронными пучками. Несмотря на большое разнообразие электронно-лучевых приборов, как по устройству, так и по назначению, между ними есть много общего. Так, электронно-лучевой прибор всегда содержит в баллоне три основных элемента: электронный прожектор, формирующий электронный пучок, или луч, отклоняющую приёмник электронов – экран или систему электродов электронного коммутатора.

Если в основу классификации электронно-лучевых приборов положить наиболее существенный преобразовательный признак, то все эти приборы можно разделить на четыре группы:

1. Приборы, преобразующие электрический сигнал в изображение – приёмные электронно-лучевые трубки: индикаторные и осциллографические трубки, кинескопы и другие.

2. Приборы, преобразующие изображение в электрический сигнал – передающие электронно-лучевые трубки

3. Приборы, преобразующие электрический сигнал в электрический сигнал – потенциалоскопы, электронно-лучевые коммутаторы.

4. Приборы, преобразующие невидимое изображение в изображение видимое – электроннооптический преобразователь, электронный микроскоп.

Устройство и принцип действия трубки с электростатическим управлением

Осциллографическая электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянный баллон специальной формы, в котором создан высокий вакуум. В ней расположены электроды, осуществляющие формирование электронного потока в виде тонкого электронного луча. И электроды, управляющие этим лучом. Совокупность электродов, формирующих электронный луч, называется электронным прожектором . Он обычно состоит из катода К, модулятора М, первого А1 и второго А2 анодов. Наиболее часто применяют оксидные или камерные подогревные катоды, выполненные в виде стаканчика, у которого активная область располагается на наружной поверхности дна (Рис1.).

Модулятор главным образом служит для изменения плотности тока электронного луча. К модулятору подводится небольшой отриц-льный потенциал, регулируемый в пределах от нуля до -30 вольт.

Электронный поток формируется только за счёт электронов, прошедших через диафрагму диаметром около 1 мм. Таким образом, электроны, вектор начальной скорости которых значительно отклоняется от нормали к поверхности катода, не проходят через диафрагму и в формировании электронного луча не участвуют. Предварительной фокусировке электронного потока способствует небольшой отрицательный потенциал, проводимый к управляющему электроду. Изменение этого потенциала приводит к изменению траектории электронов, и при более отрицательном потенциале электроны, ранее проходившие по периферии диафрагмы, отражаются, а плотность электронного потока уменьшается. Далее по оси трубки располагаются ещё два цилиндра – первый и второй аноды . Первый анод А1, находясь под положительным потенциалом в несколько сотен вольт, ускоряет движущийся от катода поток электронов. Ко второму аноду А2 подводится напряжение, достигающее в некоторых электроннолучевых приборах десятков киловольт, и поток электронов покидает второй анод с достаточно высокой скоростью. Кроме ускорения электронов, назначение анодов заключается в формировании узкого электронного пучка – фокусировании электронного потока. Вследствие различия потенциалов катода, модулятора, первого и второго анодов в пространстве между ними создаются неоднородные электрические поля - электронные линзы . Конфигурация электродов и их потенциалы подбираются таким образом, что вся система образует две электростатические линзы: первую – между модулятором и ускоряющим электродом и вторую – между ускоряющим электром и вторым анодом. Проходя через эти линзы, электроны образуют узкий сходящийся у экрана пучок – электронный луч. Вся система электродов крепится на траверсах и образует единое устройство, называемое электронной пушкой . Выйдя из электронной пушки, электронный луч попадает в систему отклоняющих пластин , служащую для управления положением луча в пространстве: Х - пластины искривляют электронный луч в горизонтальной плоскости, У - пластины - в вертикальной. На внутреннюю стенку выпуклого торца трубки наносят люминофор- вещество, светящееся при бомбардировке электронами, которое совместно со стеклом купола образуют экран Э. С помощью отклоняющих пластин электронный луч может быть направлен в любую точку экрана. При этом, если положение луча зафисиксировано, с внешней стороны экрана через стекло просматривается светящееся пятно, которое имеет малые размеры и условно может считаться светящейся точкой. Чтобы под действием электронного луча экран не накапливал электростатических зарядов, коэффициент вторичной электронной эмиссии люминофора делают близким к единице σ =1 . Для удаления вторичных электронов на внутреннюю боковую поверхность баллона наносят токопроводящее графитовое покрытие, которое внутри баллона соединяют со вторым анодом.

Если напряжение на отклоняющих пластинах изменяются, то электронный луч, а, следовательно, и светящееся пятно на экране перемещаются, описывая траекторию в соответствии с изменением напряжения на отклоняющих пластинах может визуально наблюдаться на экране электроннолучевой трубки. Диаметр светящегося пятна и толщина линии движения луча тем меньше, чем лучше сфокусирован электронный луч. Яркость свечения экрана зависит от числа бомбардирующих его в единицу времени электронов и от скорости их движения. Яркость свечения можно изменять, регулируя напряжение на модуляторе и, следовательно, изменяя плотность тока электронного луча, а также за счёт скорость движения электронов, которая определяется напряжением на втором аноде.

При соответствующей форме электродов прожектора и разности потенциалов между ними создаётся такое неоднородное электрическое поле, которое ускоряет электроны луча в сторону экрана и одновременно производит его фокусировку. Фокусировка электронного луча производится дважды: в точках F1 и F2. Это свидетельствует о наличии в электронном прожекторе двух электроннооптических систем: короткофокусной с фокусом в точке F1 (образуется катодом, модулятором и первым анодом) и длиннофокусной с фокусом в точке F2, расположенной в плоскости экрана (образуется первым и вторым анодами). Принцип действия обеих систем совершенно одинаков, поэтому достаточно рассмотреть действие только одной, например длиннофокусной системы.

На рисунке 2а) показано неоднородное электрическое поле, возникающее внутри прожектора между первым и вторым анодами при условии Ua>Ua1.

На рисунке 2б), выделена лишь одна электрическая силовая линия и показана траектория электрона, отклоняющегося от оси под небольшим углом и встречающегося с силовой линией в точке А. В этой точке вектор напряженности электрического поля Е можно разложить на горизонтальную Ег и вертикальную Ев составляющие. Согласно соотношению Ег будет ускорять электрон в сторону экрана, а Ев будет прижимать его к оси, то есть осуществлять фокусировку.

При повторной встрече электрона с этой силовой линией в точке В Ег по-прежнему будет оказывать на него ускоряющее действие, а Ев будет способствовать расфокусировке. Но вертикальная составляющая в точке В меньше, чем в точке А, так как электрон вылетает из неоднородного электронного электрического поля, прижатым к оси. Кроме того, в районе точки В он имеет большую скорость, чем в районе точки А, поэтому отклоняющая сила воздействует на электрон меньший промежуток времени.

Следовательно, фокусирующее действие неоднородного электрического поля оказывается преобладающим. Аналогично действует на световой луч оптическая система, состоящая из собирательной и рассеивающей линз при условии, что оптическая сила собирающей линзы больше рассеивающей (рис.2в)).

Магнитные фокусирующие линзы

Задача превращения потока электронов в тонкий электронный луч, обладающий в плоскости экрана минимальным поперечным сечением и большой плотностью тока, решается с помощью электростатических и магнитных линз, образуемых специальными электродами, составляющими фокусирующую систему электроннолучевой трубки.

Длинная магнитная линза представляет собой просто однородное магнитное поле, параллельно которому направлена ось фокусируемого расходящегося пучка электронов. Длинная линза даёт прямое изображение объекта, многократно повторяющееся на равных расстояниях, причём как объект, так и его изображение лежат внутри поля. Длинная магнитная линза мало похожа на оптические и электростатические электронные линзы: она не преломляет лучей, параллельных полю, и, значит, не имеет ни фокусов, ни главных точек и не может давать ни увеличенного, ни уменьшенного изображения.

Обширное применение имеют магнитные линзы, образованные неоднородным аксиальносимметричным полем. На рис. 3 даны меридианные сечения некоторых магнитных линз этого класса и форма силовых линий в меридианной плоскости.

простейшая, но очень слабая магнитная линза – это кольцевой ток. Напряжённость поля на оси кольцевого тока радиуса R, как можно очень показать, исходя из закона Био-Савара, выражается формулой

где - напряженность поля в центре кольцевого тока, то есть там, где она имеет максимальное значение, и Z – расстояние от плоскости тока. Поле на оси короткой катушки без железа, если её внутренний радиус много больше толщины оболочки, приближенно можно вычислить по той же формуле, полагая в ней , где - число витков катушки, а R средний её радиус. Для увеличения оптической силы линзы нужно увеличить и сжимать поле в осевом направлении. Это достигается с помощью оболочки из ферромагнетика – магнитного экрана (рис.3, б и в) часто снабженного кольцевыми полюсными наконечниками (рис.3, г).

Из картины силовых линий видно, что на значительной части поля линзы радиальная составляющая поля и продольная - величины одного порядка. Пусть электрон, вышедший из точки О на ось z в точку А, имеет скорость (рис.4).

Силу, действующую на электрон, можно представить как сумму двух сил: Frz – силы, действующей со стороны радиальной слагающей поля Hr на электрон, имеющий скорость Vr. Направление обеих сил одинаково, но вследствие параксиальности электронных лучей Vz>>Vr и

Под действием силы электрон получает скорость, перпендикулярную к меридианной плоскости. Действие продольной составляющей поля на электрон, имеющий скорость , даёт «фокусирующую» силу , направленную в сторону оси. Вплоть до середины линзы направление силы не меняется и скорость растёт. Во второй половине линзы и вместе с ней меняют направление. Скорость начинает убывать и к моменту выхода из линзы обращается в нуль, нигде не меняя своего знака. Электрон выходит из линзы в другой меридиальной плоскости по измененному направлению и дальше, двигаясь прямолинейно, пересекает ось в точке О.

Если поле линзы слабо, то, конечно, может оказаться, что лучи и после выхода из линзы останутся расходящимися – в этом случае ось пересекут продолжения лучей. С другой стороны, при сильном поле электрон внутри линзы успеет несколько раз пересечь ось.

Управление пространственным положением луча осуществляется с помощью электрических (электростатическая отклоняющая система) и магнитных (магнитная отклоняющая система) полей, а управление плотностью тока – с помощью электрических полей. Электронно-лучевые приборы используются для получения видимого изображения электрических сигналов, а также для

запоминания (хранения) сигналов.

Отклоняющая система служит для управления положением луча в пространстве. В трубках с магнитным управлением отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих катушек.

Магнитная отклоняющая система обычно содержит две пары катушек, надеваемых на горловину трубки и образующих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Рассмотрим отклонение электрона магнитным полем одной пары катушек, считая, что поле ограничено диаметром катушки и в этом пространстве однородно. На рис.1 силовые линии магнитного поля изображены уходящими от зрителя перпендикулярно плоскости чертежа. Электрон с начальной скоростью V 0 движется в магнитном поле, вектор индукции B которого нормален к вектору скорости V 0 , по окружности с радиусом
Учитывая, что индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков wI, можно записать:

Отклоняющие катушки с ферромагнитными сердечниками позволяют увеличить плотность потока магнитных силовых линий в необходимом пространстве. Катушки с ферромагнитными сердечниками применяются только при низкочастотных отклоняющих сигналах, так как с увеличением частоты отклоняющего напряжения возрастают потери в сердечнике. В телевизионных и радиолокационных электронно-лучевых трубках обычно применяются отклоняющие катушки без сердечника. Стремясь получить более однородное магнитное поле, края катушки отгибают, а саму катушку изгибают по форме горловины трубки. Витки в катушке распределяют неравномерно: Число витков на краях обычно в 2 – 3 раза больше, чем в середине. Для уменьшения поля рассеяния катушки без сердечника обычно заключаются в стальной экран.

Достоинства и недостатки электростатической и магнитной систем отклонения.

Отклонение луча магнитным полем в меньшей степени зависит от скорости электрона, чем для электростатической системы отклонения. Поэтому магнитная отклоняющая система находит применение в трубках с высоким анодным потенциалом, необходимым для получения большой яркости свечения экрана.

К недостаткам магнитных отклоняющих систем следует отнести невозможность их использования при отклоняющих напряжениях с частотой более 10 – 20 кГц, в то время как обычные трубки с электростатическим отклонением имеют верхний частотный предел порядка десятков мегагерц и больше. Кроме того, потребление магнитными отклоняющими катушками значительного тока требует применения мощных источников питания.

Достоинством магнитной отклоняющей системы является ее внешнее относительно электроннолучевой трубки расположение, что позволяет применять вращающиеся вокруг оси трубки, отклоняющие системы.

1. В.И.Гапонов “Электроника”. «Физматгиз» 1960г.

2. В.Н.Дулин “Электронные приборы”. «Энергия» 1969г.

3. Л.Н.Бочаров “Электронные приборы”. «Энергия» 1979г.

1.1 Классификация электронно-лучевых приборов.

1.2 Устройство и принцип действия трубки с электростатическим управлением.

1.3 Электростатическая фокусировка электронного луча.

2.1 Магнитные фокусирующие линзы.

2.2 Типы магнитных линз. Форма поля в магнитных линзах.

2.3 Механизм фокусировки в магнитной линзе.

2.4 Магнитная отклоняющая система.

2.5 Конструкция отклоняющих катушек .

2.6 Достоинства и недостатки электростатической и магнитной систем отклонения.

3.1 Использованная литература.

Магнитная линза

Схема, поясняющая конфигурацию магнитной линзы. Ось ZZ" - направление движения пучка частиц; тёмная штриховка - магнитное ярмо и полюса; штриховка кружочками - токовая обмотка. Ниже приведено распределение продольного магнитного поля.

Магнитная линза - устройство электронной оптики , линза для фокусировки электронов . Представляет собой цилиндрически симметричный электромагнит с очень острыми кольцевыми наконечниками полюсов, который создаёт в малой области очень сильное неоднородное магнитное поле, которое и отклоняет летящие вертикально через эту область электроны . Магнитные линзы применяются, например, в электронных микроскопах .

С точки зрения конфигурации магнитных полей, магнитная линза - это очень короткий соленоид , который, в свою очередь, широко используется для фокусировки пучков частиц в области относительно низких энергий.

Механизм фокусировки

Электроны, покидающие источник под некоторым углом по отношению к оси достигают начала электромагнитного поля. Горизонтальная компонента поля отклонят их, за счёт чего они приобретают боковую скорость и, пролетая через сильное вертикальное поле, получают импульс в направлении к оси.

Боковое же движение убирается магнитной силой, когда электроны покидают поле, так что окончательным эффектом будет импульс, направленный к оси, плюс «вращение» относительно неё. Расходящиеся электроны собираются в параллельный пучок. Действие такого устройства подобно действию обычной оптической линзы на расходящиеся лучи света от находящегося в её фокусе объекта. Если поставить ещё одну такую же линзу, то она сфокусирует электроны снова в одну точку и получится изображение источника.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Магнитная звукозапись
• Магнитное наклонение

Смотреть что такое "Магнитная линза" в других словарях:

магнитная линза - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN magnetic lens …

магнитная линза - magnetinis lęšis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic lens vok. magnetische Linse, f rus. магнитная линза, f pranc. lentille magnétique, f … Fizikos terminų žodynas

магнитная линза электронного микроскопа - магнитная линза Электронная линза электронного микроскопа, предназначенная для фокусировки электронных пучков магнитным полем. [ … Справочник технического переводчика

магнитная линза ускорителя - Устройство, предназначенное для фокусировки или дефокусировки пучка заряженных частиц магнитным полем. [ГОСТ Р 52103 2003] Тематики ускорители заряженных частиц EN magnetic lens … Справочник технического переводчика

Магнитная линза электронного микроскопа - 12. Магнитная линза электронного микроскопа Магнитная линза D. Magnetische Linse E. Magnetic lens Электронная линза электронного микроскопа, предназначенная для фокусировки электронных пучков магнитным полем

>> Фейнмановские лекции по физике >> Том 6 >> Глава 29. Движение зарядов в электрическом и магнитном полях

Магнитная линза

Есть еще один сорт линз — их часто можно встретить в электронных микроскопах — это магнитные линзы. Схематически они изображены на фиг. 29.6. Цилиндрически симметричный электромагнит с очень острыми кольцевыми наконечниками полюсов создает в малой области очень сильное неоднородное магнитное поле. Оно фокусирует электроны, летящие вертикально через эту область.

Механизм фокусировки нетрудно понять; посмотрите увеличенное изображение области вблизи наконечников полюсов на фиг. 29.7. Вы видите два электрона а и b, которые покидают источник S под некоторым углом по отношению к оси. Как только электрон а достигнет начала поля, горизонтальная компонента поля отклонит его в направлении от вас. Он приобретет боковую скорость и, пролетая через сильное вертикальное поле, получит импульс в направлении к оси. Боковое же движение убирается магнитной силой, когда электрон покидает доле, так что окончательным эффектом будет импульс, направленный к оси, плюс «вращение» относительно нее. На частицу b действуют те же силы, но в противоположном направлении, поэтому она тоже отклоняется по направлению к оси. На рисунке видно, как расходящиеся электроны собираются в параллельный пучок. Действие такого устройства подобно действию линзы на находящийся в ее фокусе объект. Если бы теперь вверху поставить еще одну такую же линзу, то она бы сфокусировала электроны снова в одну точку и получилось бы изображение источника S .

С очень острыми кольцевыми наконечниками полюсов, который создаёт в малой области сильное неоднородное магнитное поле, которое и отклоняет летящие через эту область электроны . Сила фокусировки электронного пучка осуществляется регулировкой постоянного тока питающей катушки. Магнитные линзы применяются, например, в электронных микроскопах , а также в некоторых типах осциллографических электронно-лучевых трубок .

С точки зрения конфигурации магнитных полей, магнитная линза - это очень короткий соленоид , который, в свою очередь, широко используется для фокусировки пучков частиц в области относительно низких энергий.

Механизм фокусировки

Электроны, покидающие источник под некоторым углом по отношению к оси достигают начала электромагнитного поля. Горизонтальная компонента поля отклоняет их, за счёт чего они приобретают боковую скорость и, пролетая через сильное вертикальное поле, получают импульс в направлении к оси.

Боковое же движение убирается магнитной силой, когда электроны покидают поле, так что окончательным эффектом будет импульс, направленный к оси, плюс «вращение» относительно неё. Расходящиеся электроны собираются в параллельный пучок. Действие такого устройства подобно действию обычной оптической линзы на расходящиеся лучи света от находящегося в её фокусе объекта. Если поставить ещё одну такую же линзу, то она сфокусирует электроны снова в одну точку и получится изображение источника.

Преимущества магнитной фокусировки по сравнению с электростатической

• Магнитная фокусировка позволяет достичь большего тока пучка. Это связано с тем, что для формирования пучка используется весь ток катода , а не его часть, как в пушках с электростатической фокусировкой (0,1-0,5), электроды которых притягивают к себе значительную часть электронов.

• Магнитная линза позволяет получить лучшее качество фокусировки, т.е. меньший размер электронного пятна в фокальной плоскости. Это связано с большим диаметром фокусирующей катушки по сравнению с диаметром электродов электростатической линзы. Чем больше отношение диаметра электронной линзы (катушки или электрода) к диаметру пучка, проходящего через линзу, тем выше качество фокусировки (меньше сферические аберрации).

См. также

Напишите отзыв о статье "Магнитная линза"

Ссылки

Отрывок, характеризующий Магнитная линза

– Да, граф, он слишком благороден и чист душою, – говаривала она, – для нашего нынешнего, развращенного света. Добродетели никто не любит, она всем глаза колет. Ну скажите, граф, справедливо это, честно это со стороны Безухова? А Федя по своему благородству любил его, и теперь никогда ничего дурного про него не говорит. В Петербурге эти шалости с квартальным там что то шутили, ведь они вместе делали? Что ж, Безухову ничего, а Федя все на своих плечах перенес! Ведь что он перенес! Положим, возвратили, да ведь как же и не возвратить? Я думаю таких, как он, храбрецов и сынов отечества не много там было. Что ж теперь – эта дуэль! Есть ли чувство, честь у этих людей! Зная, что он единственный сын, вызвать на дуэль и стрелять так прямо! Хорошо, что Бог помиловал нас. И за что же? Ну кто же в наше время не имеет интриги? Что ж, коли он так ревнив? Я понимаю, ведь он прежде мог дать почувствовать, а то год ведь продолжалось. И что же, вызвал на дуэль, полагая, что Федя не будет драться, потому что он ему должен. Какая низость! Какая гадость! Я знаю, вы Федю поняли, мой милый граф, оттого то я вас душой люблю, верьте мне. Его редкие понимают. Это такая высокая, небесная душа!
Сам Долохов часто во время своего выздоровления говорил Ростову такие слова, которых никак нельзя было ожидать от него. – Меня считают злым человеком, я знаю, – говаривал он, – и пускай. Я никого знать не хочу кроме тех, кого люблю; но кого я люблю, того люблю так, что жизнь отдам, а остальных передавлю всех, коли станут на дороге. У меня есть обожаемая, неоцененная мать, два три друга, ты в том числе, а на остальных я обращаю внимание только на столько, на сколько они полезны или вредны. И все почти вредны, в особенности женщины. Да, душа моя, – продолжал он, – мужчин я встречал любящих, благородных, возвышенных; но женщин, кроме продажных тварей – графинь или кухарок, всё равно – я не встречал еще. Я не встречал еще той небесной чистоты, преданности, которых я ищу в женщине. Ежели бы я нашел такую женщину, я бы жизнь отдал за нее. А эти!… – Он сделал презрительный жест. – И веришь ли мне, ежели я еще дорожу жизнью, то дорожу только потому, что надеюсь еще встретить такое небесное существо, которое бы возродило, очистило и возвысило меня. Но ты не понимаешь этого.
– Нет, я очень понимаю, – отвечал Ростов, находившийся под влиянием своего нового друга.

Осенью семейство Ростовых вернулось в Москву. В начале зимы вернулся и Денисов и остановился у Ростовых. Это первое время зимы 1806 года, проведенное Николаем Ростовым в Москве, было одно из самых счастливых и веселых для него и для всего его семейства. Николай привлек с собой в дом родителей много молодых людей. Вера была двадцати летняя, красивая девица; Соня шестнадцати летняя девушка во всей прелести только что распустившегося цветка; Наташа полу барышня, полу девочка, то детски смешная, то девически обворожительная.
В доме Ростовых завелась в это время какая то особенная атмосфера любовности, как это бывает в доме, где очень милые и очень молодые девушки. Всякий молодой человек, приезжавший в дом Ростовых, глядя на эти молодые, восприимчивые, чему то (вероятно своему счастию) улыбающиеся, девические лица, на эту оживленную беготню, слушая этот непоследовательный, но ласковый ко всем, на всё готовый, исполненный надежды лепет женской молодежи, слушая эти непоследовательные звуки, то пенья, то музыки, испытывал одно и то же чувство готовности к любви и ожидания счастья, которое испытывала и сама молодежь дома Ростовых.

Курсовая работа

по курсу вакуумной и плазменной физики

На тему:

Формирование электронных пучков.

Магнитные фокусирующие линзы.

Выполнил: Мостный А.С.

Студент 3 курса ФМиКТ

ТТЭ 2 группа

Проверил: Аккизов Ю.А.

Электроннолучевыми приборами называются электровакуумные приборы, действие которых основано на формировании и управлении по интенсивности и положению одним более электронными пучками. Несмотря на большое разнообразие электронно-лучевых приборов, как по устройству, так и по назначению, между ними есть много общего. Так, электронно-лучевой прибор всегда содержит в баллоне три основных элемента: электронный прожектор, формирующий электронный пучок, или луч, отклоняющую приёмник электронов – экран или систему электродов электронного коммутатора.

Если в основу классификации электронно-лучевых приборов положить наиболее существенный преобразовательный признак, то все эти приборы можно разделить на четыре группы:

1. Приборы, преобразующие электрический сигнал в изображение – приёмные электронно-лучевые трубки: индикаторные и осциллографические трубки, кинескопы и другие.

2. Приборы, преобразующие изображение в электрический сигнал – передающие электронно-лучевые трубки

3. Приборы, преобразующие электрический сигнал в электрический сигнал – потенциалоскопы, электронно-лучевые коммутаторы.

4. Приборы, преобразующие невидимое изображение в изображение видимое – электроннооптический преобразователь, электронный микроскоп.

Устройство и принцип действия трубки с электростатическим управлением

Осциллографическая электронно-лучевая трубка представляет собой стеклянный баллон специальной формы, в котором создан высокий вакуум. В ней расположены электроды, осуществляющие формирование электронного потока в виде тонкого электронного луча. И электроды, управляющие этим лучом. Совокупность электродов, формирующих электронный луч, называется электронным прожектором . Он обычно состоит из катода К, модулятора М, первого А1 и второго А2 анодов. Наиболее часто применяют оксидные или камерные подогревные катоды, выполненные в виде стаканчика, у которого активная область располагается на наружной поверхности дна (Рис1.).

Модулятор главным образом служит для изменения плотности тока электронного луча. К модулятору подводится небольшой отриц-льный потенциал, регулируемый в пределах от нуля до -30 вольт.

Электронный поток формируется только за счёт электронов, прошедших через диафрагму диаметром около 1 мм. Таким образом, электроны, вектор начальной скорости которых значительно отклоняется от нормали к поверхности катода, не проходят через диафрагму и в формировании электронного луча не участвуют. Предварительной фокусировке электронного потока способствует небольшой отрицательный потенциал, проводимый к управляющему электроду. Изменение этого потенциала приводит к изменению траектории электронов, и при более отрицательном потенциале электроны, ранее проходившие по периферии диафрагмы, отражаются, а плотность электронного потока уменьшается. Далее по оси трубки располагаются ещё два цилиндра – первый и второй аноды . Первый анод А1, находясь под положительным потенциалом в несколько сотен вольт, ускоряет движущийся от катода поток электронов. Ко второму аноду А2 подводится напряжение, достигающее в некоторых электроннолучевых приборах десятков киловольт, и поток электронов покидает второй анод с достаточно высокой скоростью. Кроме ускорения электронов, назначение анодов заключается в формировании узкого электронного пучка – фокусировании электронного потока. Вследствие различия потенциалов катода, модулятора, первого и второго анодов в пространстве между ними создаются неоднородные электрические поля - электронные линзы . Конфигурация электродов и их потенциалы подбираются таким образом, что вся система образует две электростатические линзы: первую – между модулятором и ускоряющим электродом и вторую – между ускоряющим электром и вторым анодом. Проходя через эти линзы, электроны образуют узкий сходящийся у экрана пучок – электронный луч. Вся система электродов крепится на траверсах и образует единое устройство, называемое электронной пушкой . Выйдя из электронной пушки, электронный луч попадает в систему отклоняющих пластин , служащую для управления положением луча в пространстве: Х - пластины искривляют электронный луч в горизонтальной плоскости, У - пластины - в вертикальной. На внутреннюю стенку выпуклого торца трубки наносят люминофор- вещество, светящееся при бомбардировке электронами, которое совместно со стеклом купола образуют экран Э. С помощью отклоняющих пластин электронный луч может быть направлен в любую точку экрана. При этом, если положение луча зафисиксировано, с внешней стороны экрана через стекло просматривается светящееся пятно, которое имеет малые размеры и условно может считаться светящейся точкой. Чтобы под действием электронного луча экран не накапливал электростатических зарядов, коэффициент вторичной электронной эмиссии люминофора делают близким к единице σ =1 . Для удаления вторичных электронов на внутреннюю боковую поверхность баллона наносят токопроводящее графитовое покрытие, которое внутри баллона соединяют со вторым анодом.

Если напряжение на отклоняющих пластинах изменяются, то электронный луч, а, следовательно, и светящееся пятно на экране перемещаются, описывая траекторию в соответствии с изменением напряжения на отклоняющих пластинах может визуально наблюдаться на экране электроннолучевой трубки. Диаметр светящегося пятна и толщина линии движения луча тем меньше, чем лучше сфокусирован электронный луч. Яркость свечения экрана зависит от числа бомбардирующих его в единицу времени электронов и от скорости их движения. Яркость свечения можно изменять, регулируя напряжение на модуляторе и, следовательно, изменяя плотность тока электронного луча, а также за счёт скорость движения электронов, которая определяется напряжением на втором аноде.

При соответствующей форме электродов прожектора и разности потенциалов между ними создаётся такое неоднородное электрическое поле, которое ускоряет электроны луча в сторону экрана и одновременно производит его фокусировку. Фокусировка электронного луча производится дважды: в точках F1 и F2. Это свидетельствует о наличии в электронном прожекторе двух электроннооптических систем: короткофокусной с фокусом в точке F1 (образуется катодом, модулятором и первым анодом) и длиннофокусной с фокусом в точке F2, расположенной в плоскости экрана (образуется первым и вторым анодами). Принцип действия обеих систем совершенно одинаков, поэтому достаточно рассмотреть действие только одной, например длиннофокусной системы.

На рисунке 2а) показано неоднородное электрическое поле, возникающее внутри прожектора между первым и вторым анодами при условии Ua>Ua1.

На рисунке 2б), выделена лишь одна электрическая силовая линия и показана траектория электрона, отклоняющегося от оси под небольшим углом и встречающегося с силовой линией в точке А. В этой точке вектор напряженности электрического поля Е можно разложить на горизонтальную Ег и вертикальную Ев составляющие. Согласно соотношению Ег будет ускорять электрон в сторону экрана, а Ев будет прижимать его к оси, то есть осуществлять фокусировку.

При повторной встрече электрона с этой силовой линией в точке В Ег по-прежнему будет оказывать на него ускоряющее действие, а Ев будет способствовать расфокусировке. Но вертикальная составляющая в точке В меньше, чем в точке А, так как электрон вылетает из неоднородного электронного электрического поля, прижатым к оси. Кроме того, в районе точки В он имеет большую скорость, чем в районе точки А, поэтому отклоняющая сила воздействует на электрон меньший промежуток времени.

Следовательно, фокусирующее действие неоднородного электрического поля оказывается преобладающим. Аналогично действует на световой луч оптическая система, состоящая из собирательной и рассеивающей линз при условии, что оптическая сила собирающей линзы больше рассеивающей (рис.2в)).

Магнитные фокусирующие линзы

Задача превращения потока электронов в тонкий электронный луч, обладающий в плоскости экрана минимальным поперечным сечением и большой плотностью тока, решается с помощью электростатических и магнитных линз, образуемых специальными электродами, составляющими фокусирующую систему электроннолучевой трубки.