книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

управляющего электрода с помощью радиаторов; иногда для повышения работы выхода электронов управляющий электрод покрывают тонким слоем золота или платины.

Качество фокусировки электронного луча ухудшают также вторичные электроны, выбиваемые из первого анода. Ускоряясь полем второго анода, эти электроны попадают на экран и, буду­ чи слабо сфокусированы, создают размытость пятна.

Размеры пятна, получающегося на экране, зависят не только от фокусирующего действия электронного прожектора, но и от взаимодействия электронов в пучке. Как одноимённые электри­ ческие заряды, электроны отталкиваются друг от друга, что вы­ зывает расфокусировку пучка. При увеличении плотности тока в электронном пучке расталкивающие силы увеличиваются и фо­ кусировка ухудшается; увеличение скорости электронов, дости­ гаемое повышением анодного напряжения, действует обратно и уменьшает рассеяние пучка. Поэтому для лучшей фокусировки выгоднее работать при меньшей плотности тока в пучке (регу­ лируется напряжением управляющего электрода) и при повы­ шенном напряжении второго анода; большое 0 а2 уменьшает рассеяние пучка и частично компенсирует ослабление яркости пятна на экране, вызываемое уменьшением плотности тока. В хороших трубках при высоком анодном напряжении и неболь­ шой яркости удаётся получить светлое пятно диаметром 0,2 мм.

Все электроды электронно-лучевой трубки обычно питают от одного общего источника через делитель напряжения; фокуси­ ровку регулируют чаще всего изменением напряжения на первом аноде, воздействуя, таким образом, на обе линзы одновременно

(рис. 18.1).

Яркость пятна на экране меняется путём изменения отрица­ тельного напряжения на управляющем электроде, так как при изменении этого напряжения меняется количество электронов, проходящих от катода к экрану. Изменение тока катода в труб­ ке под воздействием напряжения на управляющем электроде происходит вследствие того, что:

— изменяется напряжённость электрического поля и плот­ ность пространственного заряда у катода подобно тому, как это имеет место в электронной лампе при изменении напряжения управляющей сетки,

—изменяется площадь поверхности катода, вблизи которой создаётся ускоряющее поле, и вследствие этого изменяется ве­ личина используемой эмитирующей поверхности катода. Это яв­ ление аналогично островковому эффекту в лампах с сетками и приводит к тому, что ток, снимаемый с катода, распределяется по поверхности весьма неравномерно: нагрузка катода в центре оказывается значительно выше, чем по краям. Измерения пока­ зывают, что плотность тока в центре катода может превосходить среднюю величину плотности тока, снимаемого с катода, в 3— 4 раза.

480

На рис. 18.4 дана зависимость тока второго анода и силы све­ та пятна от напряжения управляющего электрода, показываю­ щая, что при увеличении отрицательного напряжения управляю­

тора в узких пределах измене­ ния величин, используемых на практике, может быть выраже­

на следующей приближённой зависимостью:

Здесь dM— диаметр отверстия в управляющем электроде, hM— толщина донышка управляющего электрода, 1КМ— расстояние катод—управляющий электрод, 1ма— расстояние управляющий электрод—1-й анод,

А— коэффициент пропорциональности.

Из ф-лы (18.1) видно, что наиболее существенное влияние на величину запирающего напряжения оказывает диаметр отвер­ стия в управляющем электроде dM. Для уменьшения величины запирающего напряжения диаметр отверстия d M выбирают по­ рядка 0 , 7 1 , 0 мм\ при меньшем отверстии сильно уменьшает­ ся ток пучка.

Экспериментальные исследования показывают, что запираю­ щее напряжение управляющего электрода Uзап линейно зави­ сит от величины напряжений первого и второго анодов. Посколь­ ку в режиме оптимальной фокусировки соотношение между Ual и Uaа для данной трубки является постоянным, то величину за­ пирающего напряжения можно выразить через Uаа

Величина |ха2 современных трубок с электростатической фо­ кусировкой лежит в пределах 40 -* 50 и в рабочем диапазоне на­ пряжений слабо зависит от режима.

Следует иметь в виду, что при изменении яркости с помощью напряжения управляющего электрода будет изменяться конфи­ гурация поля первой линзы и, следовательно, фокусировка пуч­ ка; для восстановления фокусировки требуется дополнительная регулировка напряжения первого анода. Для уменьшения влия­

ния на фокусировку напряжения уп­ равляющего электрода в некоторых образцах электронно-лучевых тру­ бок между управляющим электро­ дом и первым анодом ставят допол­ нительный электрод Ауск в виде диска с небольшой диафрагмой (рис. 18.5), на который задаётся по­ ложительное напряжение и который обычно называют ускоряющим электродом. Фокусирующее дейст­ вие основных линз, создающихся в

этом случае между ускоряющим электродом и первым анодом и между первым анодом и вторым анодом, практически не будет зависеть от переменного напряжения модулятора М. Однако при изменении тока луча изменяется и ток первого анода, что при­ водит к изменению напряжения первого анода, который, как бы­ ло указано, обычно питается от делителя напряжения. Вслед­ ствие этого и в данной конструкции остаётся некоторая зависи­ мость между регулировкой яркости и фокусировкой.

В целях более полного устранения влияния регулировки яр­ кости на фокусировку луча разработана конструкция электрон­ ного прожектора с нулевым током первого анода. В этом про­ жекторе ускоряющий электрод А уСк выполняется в виде длин­ ного цилиндра с двумя диафрагмами, а первый анод А х в виде диска или короткого цилиндра с большим отверстием (рис. 18.6). На ускоряющий электрод подаётся такое же напряжение, как на

шает качество фокусировки при изменении величины тока луча. Благодаря этим преимуществам электронный прожектор с нуле­ вым током первого анода является наиболее совершенным среди системы электростатической фокусировки и находит широкое применение в современных трубках.

482

Система магнитной фокусировки

Кроме описанной системы фокусирования пучка при помощи электростатических линз, в электронно-лучевых трубках приме­ няется также фокусирование магнитными линзами.

В трубках с магнитной фокусировкой система электродов, дающая электронный пучок, устраивается проще, чем в трубках с электростатической фокусировкой. Она состоит из катода К.

управляющего электрода М и анода А в форме цилиндра или пластинки с диафрагмой (рис. 18.7). Более совершенным являет­ ся так называемый тетродный прожектор, в котором между ано­ дом и модулятором помещён экранирующий электрод (рис. 18.8). На этот электрод подаётся небольшое положительное напряже­ ние порядка 250 б и он обеспечивает независимость напряжения запирания от напряжения анода.

Между управляющим электродом и анодом (или экранирую­ щим электродом) создаётся, как и в трубке с электростатической фокусировкой, неоднородное электрическое поле, играющее роль короткофокусной линзы, образующей сходящийся пучок, имеющий минимальный диа­ метр в области скреще­ ния.

На некотором расстоя­ нии от анода на трубку надета короткая катушка, по которой пропускается постоянный ток. Созда­

ваемое этой катушкой неоднородное аксиально симметричное магнитное поле представляет собой электронно-оптическую си­ стему, являющуюся собирательной линзой (§4.5). Фокусное рас­ стояние этой линзы можно менять, изменяя величину тока, про­ ходящего по виткам катушки. Магнитная линза проектирует на

экран трубки область скрещения пучка, где образуется «изобра-* жение» этой области в виде яркого небольшого пятна.

Необходимое для фокусировки число ампер-витков катушки можно подсчитать следующим образом.

На основании известных из оптики соотношений имеем

где F — главное фокусное расстояние магнитной линзы опреде­ ляется ф-лой (4.18)

4*•

1 е*

--------- С2Н —

Р4/71*00

Тогда

(18.4)

кк 4m*og J

Так как напряжённость поля, создаваемого катушкой в лю­ бой точке, пропорциональна числу её ампер-витков, то можно написать, что

где nl — число ампер-витков и b — коэффициент пропорциональ­ ности, называемый коэффициентом формы катушки.

Вычисления этого коэффициента для катушки без сердечника, имеющей вид тонкого круглого кольца, дают

Используя ф-лу (18.6) и обозначая (/1 + /2) — расстояние от прожектора до экрана — через /, будем иметь

Скорость электронов v0 определяется напряжением на аноде и равна о»«6-107У Т^ ; подставляя в ф-лу (18.7) это значение

484

и другие постоянные величины, получим расчётную формулу для ампер-витков фокусирующей катушки в таком виде

o s s >

здесь Uа измерено в в, а 1 — в а.

На практике обычно применяются катушки с прямоугольным сечением, как показано на рис. 18.7; экспериментальная провер­

воляет получить меньший размер пятна и больший ток луча, чем электростатическая система. Однако система магнитной фо­ кусировки более громоздка, имеет больший вес, потребляет боль­ шую мощность, чем электростатическая система. Поэтому она находит применение только в тех случаях, когда требуемое ка чество фокусировки или требуемая величина тока луча не обес­ печивается системой электростатической фокусировки.

§ 18.3. Отклоняющие системы электронно-лучевых трубок

Система электростатического отклонения

Для получения на экране осциллографа неискажённых ос­ циллограмм, точно воспроизводящих изменение исследуемого напряжения, необходимо, чтобы перемещение пятна на экране было пропорционально отклоняющему напряжению. Отношение величины перемещения пятна на экране к величине отклоняюще­ го напряжения является важным параметром трубки и называет­ ся чувствительностью трубки.

В трубках с электростатическим отклонением чувствитель­ ность показывает перемещение пятна, вызываемое отклоняющим напряжением в 1 в, и измеряется в мм/в

Подсчитаем чувствительность электронно-лучевой трубки с электростатическим управлением для наиболее простого случая плоско-параллельных управляющих пластин.

Приложим к пластинам трубки (рис. 18.9) разность потен­ циалов Uу. Если расстояние между пластинами равно d, то на­

пряжённость поперечного поля, действующего на электроны, бу­ дет

485

В § 4.1 мы получили. для подобного случая движения электро­ на в поперечном электрическом поле уравнение траектории элек­ трона (4.2), которое при обозначениях рис. 18.9 имеет вид

У = ~ г \ (18.10)

2тv2

Длину пути, прохо­ димого электроном в поперечном поле при малых углах отклоне­ ния, можно приближён­ но считать равной дли­ не пластин /ь Обозна­ чив отклонение, полу­ ченное электроном на протяжении этого пути, через hi, напишем ур-ние (18.10) в виде

hx = J h - l\.

2mv4

Так как скорость электронов может быть принята равной

•то в точке выхода электронного пучка из поля пластин

tga = иу h

2Ua2d

и

h2— Uyhh

2Un,d

Полное отклонение h получается равным

•186

где через /= -^- -Иг обозначено расстояние от середины пласти­

ны до экрана.

Полученные выражения показывают, что для повышения чувствительности трубки необходимо увеличивать длину пластин

сеяние электронов и ухудшают резкость пятна на экране. Поэтому значительно повысить этими способами чув­ ствительность трубки не удаётся.

Для повышения чувствительности трубки отклоняющие пла­ стины обычно выполняются с отогнутыми краями (рис. 18.10). В такой конструкции расстояние между пластинами со стороны входа электронного пучка можно сделать меньше, а длину пла­ стин больше, чем в случае плоско-параллельных пластин, не опа­ саясь ограничения отклонения краем пластин. Таким способом можно увеличить чувствительность в 1,5—2 раза. Величина чув­ ствительности трубки при такой форме отклоняющих пластин вычисляется по следующей формуле:

определяет отклонение луча на участке /ь где пластины парал­ лельны. Второй член определяет отклонение луча на участке 1\, где пластины расходятся.

В современных электронно-лучевых трубках с электростати­ ческим отклонением чувствительность имеет величину от 0,2 до

0,5 мм/в.

Система магнитного отклонения

Для отклонения электронных пучков при помощи магнитно­ го поля отклоняющие катушки располагаются попарно во взаимно-перпендикулярных направлениях друг к другу и к оси

487

трубки (рис. 18.11). Вертикально расположенные катушки сое­ диняются последовательно и по ним проходит ток, создающий магнитное поле, под действием которого пучок будет переме­ щаться в горизонтальной плоскости.

Горизонтально расположенные катуш­ ки своим магнитным полем будут вы­ зывать перемещение пучка по вертика­ ли. Если катушки предназначаются для низкочастотных токов, их делают со стальными сердечниками; при то­ ках высокой частоты сердечников не применяют.

Чувствительность трубки с магнит­ ным отклонением определяется отно­ шением величины перемещения пятна

на экране к числу ампер-витков отклоняющей системы

перемещениях пучка, необходимо иметь однородные отклоняю­ щие магнитные поля. Для получения по возможности однород­ ных полей полюсные наконечники сердечников или обмотки са­ мих катушек, если они без стали, делаются специальной формы.

Выясним, от чего зависит чувствительность электронно-луче­ вой трубки с магнитным отклонением. Будем считать, что магнит­

488

аноде Ua vi подставляя вместо — его значение, получим

т

h ^ 0 ,3 Ы ~ £ = - VUa

Так как индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков катушек В = кп1, то

h = 0,3 кЫ -£= - VUa

и чувствительность трубки будет равна

Постоянная 4=0,3 к1и зависящая от конфигурации и раз­ меров катушек, для данной системы катушек остаётся постоян­ ной и может быть определена из опыта; так, например, для круг­ лых катушек, отстоящих друг от друга на расстоянии, равном

е 1/2

а-е

Формула (18.13) показывает, что чувствительность трубки с магнитным отклонением зависит от величины ускоряющего анод­ ного напряжения в меньшей степени, чем чувствительность труб­ ки с электростатическим управлением.

Частотный диапазон системы магнитного отклонения значи­ тельно ниже, чем .у системы электростатического отклонения вследствие того, что индуктивное сопротивление отклоняющих катушек u>L имеет большую величину.

Искажения осциллограмм

Из ф-л (18.11) и (18.12) следует, что чувствительность элек­ тронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением не за­ висит от величины отклоняющего напряжения и, следовательно, имеется возможность неискажённого воспроизведения на экра­ не трубки исследуемых зависимостей. Однако на практике важ­ ную роль играет способ подачи напряжения на отклоняющие пластины.

489