6.2. Электростатическая отклоняющая система

П ространственное перемещение по экра-ну сфокусированного луча осуществляется с помощью отклоняю-щей системы. Электростатической называют отклоняю-щую систему, изме-няющую направление электронного луча с помощью электри-ческих полей. Простейшая электро-статическая откло-няющая система состоит из двух пар пластин, расположенных между прожектором и экраном (рис. 6.1).

Рассмотрим отклонение электронов полем, создаваемым постоянным напряжением U_у между параллельными пластинами с длиной l₁>d, где d – расстояние между пластинами (рис. 6.6).

Электрон влетает в поле пластин со скоростью и движется к экрану по закону x=v₀t. Под действием напряженности поля пластин E_y=U_y/d на электрон в направлении y действует сила F_y=–qE_y, заставляющая его двигаться равноускоренно по закону y=at²/2. Величина ускорения a определяется из условия qE_y=ma. В результате чего электрон смещается от оси трубки на расстояние

. (6.1)

Пролетая между пластинами, электронный луч отклоняется на расстояние h₁

. (6.2)

В дальнейшем он летит по касательной, направленной под углом  к оси трубки. На удалении l₂ от пластин электронный луч дополнительно отклоняется от оси трубки на расстояние h₂

. (6.3)

В плоскости экрана луч отклонится на расстояние h

. (6.4)

Выражение (6.4) показывает, что отклонение h зависит от конструкции отклоняющих пластин и не зависит от массы отклоняемых частиц.

Основным параметром отклоняющей системы является чувствительность, показывающая на сколько миллиметров отклоняется луч на экране при изменении отклоняющего напряжения на 1 В

. (6.5)

Для повышения чувствительности необходимо удлинять и сближать отклоняющие пластины, удалять их от экрана и уменьшать напряжение на втором аноде. Однако уменьшение d приводит к уменьшению предельного угла отклонения _пред, а снижение ухудшает фокусировку.

Для увеличения чувствительности без уменьшения _пред используются косорасставленные (рис. 6.7,а), параболические (рис. 6.7,б) и изломанные (рис. 6.7,в) пластины.

Достоинством электростатической системы отклонения луча является:

– малая инерционность, возможность использования напряжений большой частоты;

– малое потребление энергии;

– малые габариты и вес.

Недостатки этих систем следующие:

– малый предельный угол отклонения;

– зависимость чувствительности от .

6.3. Трубки с магнитным управлением электронным лучом

Устройство простейшей электронно-лучевой трубки с магнитной системой фокусировки и магнитной системой отклонения луча показано на рис. 6.8.

В ЭЛТ с магнитной фокусировкой первая линза состоит из катода, модулятора и анода, а в качестве главной проекционной линзы используется неоднородное магнитное поле короткой катушки, по виткам которой протекает ток. Диаметр катушки соизмерим с ее длиной.

Электрон, влетающий в поле фокусирующей катушки, взаимодействует с радиальной составляющей индукции магнитного поля B_r, что вызывает появление силы Лоренца. Сила Лоренца вращает электронный луч вокруг оси трубки. Взаимодействие вращательного движения электронов луча с осевой составляющей индукции магнитного поля B_x вызывает появление силы Лоренца, направленной к оси прожектора. В результате совместного действия осевой и радиальной сил Лоренца электрон начинает двигаться по спирали с непрерывно уменьшающимся радиусом, прижимаясь к оси трубки. Благодаря взаимодействию электрона с магнитным полем, электроны, влетающие в магнитное поле фокусирующей катушки расходящимся пучком, после выхода из поля катушки собираются на оси трубки. Изменяя ток, протекающий через витки фокусирующей катушки, можно совместить фокусное расстояние с плоскостью экрана.

Отклоняющие системы называются магнитными, если они изменяют направление луча с помощью поперечных однородных магнитных полей. Магнитная отклоняющая система содержит две пары катушек, надеваемых на горловину трубки (рис. 6.8,б) и создающих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Катушки 1 и 2, создавая поперечное магнитное поле H_y, отклоняют электронный луч по вертикали, т.е. являются Y–катушками, а катушки 3 и 4, создавая поперечное магнитное поле H_x, отклоняют электронный луч по горизонтали, т.е. являются X–катушками.

Рассмотрим отклонение электронов магнитным полем одной пары катушек, считая, что поле ограничено диаметром катушки, и в этом пространстве поле однородно. Индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков отклоняющей катушки B=kn_отклI_откл, где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от магнитной проницаемости среды, формы катушек и расстояния между ними, n_откл – число витков катушки, I_откл=I_y или I_откл=I_x ток в Y– и X–катушках соответственно.

Электроны, покинув фокусирующую систему, со скоростью попадают в магнитное поле катушки, где вектор магнитной индукции B перпендикулярен вектору скорости v₀, что заставляет их двигаться по спирали с радиусом r

. (6.6)

Пройдя магнитное поле катушек, электроны движутся к экрану по касательной к окружности и отклоняются от центра экрана на расстояние h

h = l tg,

где l – расстояние от экрана до катушки.

При малых углах отклонения tgl₁/r, тогда

, (6.7)

где l₁ – длина катушки.

Из выражения (6.7) следует, что отклонение луча однородным магнитным полем зависит от массы отклоняемых частиц. Испускаемые катодом отрицательные ионы отклоняются меньше, чем электроны.

Чувствительность трубки с магнитным отклонением измеряется отношением отклонения пятна на экране в миллиметрах к магнитодвижущей силе в ампер-витках

. (6.8)

Чувствительность h_м находится в пределах единиц миллиметров на ампер-виток и слабо зависит от ускоряющего напряжения (пропорциональна ). Это позволяет использовать трубки, работающие при высоких анодных напряжениях. А для увеличения напряженности магнитного поля уменьшают расстояние между катушками, трубки имеют малый диаметр горловины.

Искажение изображения и расфокусировка пятна при магнитном отклонении меньше, а предельный угол отклонения (2=110°) выше, чем при электростатическом.

Существенными недостатками магнитных отклоняющих систем являются:

– большая потребляемая мощность для получения требуемого тока отклонения;

– большая инерционность из-за значительных собственных емкостей и индуктивностей катушек;

– низкий частотный диапазон работы.