2) Фокусирующие системы

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.

Требования к электронным линзам. Как известно из оптики, вели­чина изображения, образованного сферической поверхностью, разде­ляющей две среды с различными показателями преломления, опре­деляется согласно закону Лагранжа — Гельмгольца соотношением:

(5.24)

где y₁ и у₂— размеры объекта и изображения соответственно;

θ₁ и θ₂ — апертурные углы;

n₁ и n₂ — показатели преломления двух сред.

Для электронно-оптической системы границей раздела двух сред служит эквипотенциальная поверхность, приближающаяся в прак­тических системах к сферической. В выражение (5.24) вместо опти­ческих показателей преломления нужно подставить скорости электро­нов в двух средах или же эквивалентные им значения потенциалов:

(5.25)

Для уменьшения размера изображения следует увеличивать угло­вое увеличение M₀=θ₂/θ₁, уменьшать размер объекта y₁ и соотно­шение скоростей электронов до и после оптической системы. При использовании оптической системы с одной линзой выполнение этих условий встречает очень серьезные затруднения. Объектом в такой системе является эмиттирующая поверхность катода. Уменьшение ее величины неизбежно будет сопровождаться снижением плотности тока, и размер изображения — пятна па экране трубки — будет зави­сеть от потенциала модулятора. Угол θ₁ выхода электронов с поверх­ности катода определяется тепловыми скоростями электронов и не может быть значительно уменьшен. Поэтому в электроннолучевых трубках применяют фокусирующие системы из двух линз, где объектом для второй линзы служит скрещение электронного пучка.

Электростатическая фокусирующая система. На рис.5.14 показаны электрическое поле, оптический эквивалент электронной фокусирую­щей системы и траектории движения электронов в электронной пушке простейшей конструкции. Система состоит из двух сложных линз, образованных неоднородными полями между модулятором и первым анодом, а также между первым и вторым анодами. Каждую из этих линз можно рассматривать как две простейшие линзы; двояковыпук­лую собирающую линзу, образованную эквипотенциальными поверх­ностями, обращенными выпуклостью к катоду, и двояковогнутую линзу, образованную эквипотенциальными поверхностями, обращенными в другую сторону. Конфигурация полей выбрана такой, что преломляющее действие собирающей линзы больше преломляющего действия рассеивающей линзы. Кроме того, скорости движения элек­тронов вследствие возрастания потенциала в поле рассеивающей линзы больше, чем в поле собирающей. Таким образом, каждая из слож­ных линз обладает собирательным действием и влияние рассеивающей части линзы приводит лишь к уве­личению фокусного расстояния всей системы. Фокусное расстоя­ние второй системы линз с целью совмещения плоскости второго скрещения электронного луча с плоскостью экрана трубки можно регулировать, меняя пре­ломляющую силу одной из линз системы. Это достигается изме­нением напряжений на первом или втором аноде трубки.

Рис.5.14. Траектории электронов (а), картина электрического поля (б) и оптический эквивалент электронных линз (в)

Обычно потенциал первого анода значительно ниже потен­циала второго; в цепи послед­него протекает больший ток, и поэтому регулировка напряже­ния на втором аноде более зат­руднительна. Однако при изме­нении напряжения на первом аноде меняются также преломляющая сила первой системы линз и поле у поверхности катода, что неизбежно приводит к изменению плотности тока луча. В свою очередь в процессе управления плот­ностью тока, т. е. при регулировании напряжения на модуляторе, нарушается фокусирование луча. Для устранения этого недостатка в электроннолучевых трубках применяются электронные пушки более сложных конструкций.

Типы электронных пушек. В пушке, изображенной на рис.5.15 , а, между модулятором и первым анодом помещен ускоряющий электрод, находящийся под потенциалом второго анода. В этой пушке не только значительно уменьшается взаимное влияние регулировок плотности тока и фокусирования луча, но и улучшается фокусирование луча за счет уменьшения радиуса скрещения. На рис. 5.15, б изображена электронная пушка с нулевым током первого анода. Здесь, как и в пушке на рис. 5.15, а, первый анод, служащий для регулировки фокусирования луча, отделен от модулятора ускоряющим электродом. На первый анод с диафрагмой большого диаметра электроны почти не попадают, и ток в его цепи близок к нулю. Таким образом, при изменении потенциала первого анода не изменяется ток, потребляе­мый от выпрямителя, питающего все электроды трубки, и даже при использовании маломощного выпрямителя взаимное влияние потен­циалов различных электродов отсутствует.

Выбор той или иной конструкции электронной пушки, а также конструкции отдельных электродов определяется назначением элек­троннолучевой трубки, требованиями к качеству фокусирования луча, яркости свечения, допустимыми искажениями и т. п.

а — с ускоряющим электродом; б — с нулевым током первого анода.

Билет 8

1) требования к катодам

2)Отклоняющие системы

Ответ: