14.1.2. Устройство и принцип действия элт с электростатическим управлением

Напомним, что электронно-лучевые приборы, имеющие фор­му трубки, вытянутой в направлении луча, называются электрон­но-лучевыми трубками (ЭЛТ). Устройство электростатической электронно-лучевой трубки показано на рис. 14.1. Трубка пред­ставляет собой стеклянный баллон специальной формы, в кото­ром создан высокий вакуум и расположены электроды, формирующие электронный луч(электронный прожектор) и электроды, управляю­щие этим лу­чом. Приемником электронов служит люминесцентный эк­ран Э, преобра­зующий энер­гию электронного луча в световое излучение. На внутреннюю по­верхность трубки нанесено проводящее покрытие ПП.

Электронный прожектор состоит из оксидного катода косвенно­го накалаК, вокруг которого располагается управляющий электрод – модулятор М, имеющий форму цилиндра с отверстием. Далее располагаются два цилиндрических электрода – аноды , , каж­дый из которых имеет одну или несколько диафрагм, способствую­щих формированию электронного луча. Модулятор служит для управления интенсивностью луча и входит в систему предваритель­ной его фокусировки. Действие модулятора подобно действию уп­равляющей сетки в вакуумном триоде. На модулятор подается от­рицательное напряжение относительно катода. При увеличении отрицательного напряжения на модуляторе увеличивается потенциальный барьер около катода, уменьшается плотность электронного потока, что влияет на интенсивность све­чения экрана. Зависимость тока электрон­ного луча (или яркости свечения экрана) от напряжения между модулятором и като­дом называется модуляционной характе­ристикой (рис. 14.2). Влияние напряжения модулятора на ток луча оценивается кру­тизной модуляционной характеристики:

14.1.3. Электронный прожектор с электростатической фокусировкой

Принцип работы электронного прожектора во многом аналоги­чен принципу действия оптических фокусирующих систем, поэто­му раздел электроники, изучающий фокусировку электронных по­токов и законы их движения, называют электроннойоптикой. Не­однородные электрические поля, формируемые системой элект­родов и используемые для изменения скоростей и направления движения электронов, называют электронными линзами. Таким образом, электронный прожектор представляет собой электрон­но-оптическую систему, состоящую из электростатических элект­ронных линз.

Траектории электронов в линзах невозможно определить ана­литически, но можно их найти приближенно построениями от точ­ки к точке вручную или с помощью ЭВМ. Поясним этот способ на­хождения траектория, позволяющий описать особенности элект­ронных линз.

Пространство между любыми заряженными электродами раз­бивается на области с помощью ряда эквипотенциальных поверх­ностей или линий, изображенных на рис. 14.3 для обычного элект­ронного прожектора, содержащего две линзы (и). Отдельно на рис. 14.4 изображены небольшие участки трех эквипотенци­альных линий линзы, ограничивающих области 1 и 2. В области 1 потенциал считается постоянным и равным, а в области 2 так­же постоянным, но равным. Скачок потенциала происходит на граничной эквипотенциальной линии, так что =(+)>. Электрон, двигаясь по прямойАВ с постоянной скоростью в об­ласти 1, достигает эквипотенциальной линии в точке 0. Проведем в этой точке нормаль MN к эквипотенциальной линии. Образовав­шийся угол можно назвать по аналогии с оптикой углом падения.

При прохождении элект­рона через эквипотенциаль­ную линию его тангенциаль­ная (касательная) составляю­щая скорости останется неиз­менной (=), так как элект­рическая сила в этом направ­лении отсутствует. Однако нормальная составляющая скорости скачком возрастет до боль­шего значения > в результате воздействия электрической силы, направленной на границе по нормали от области 2 к облас­ти 1. Скорость можно записать как =>. С другой стороны, абсолютное значение скоростей определяется по­тенциалами, т.е. ||=,||. Соответственно угол наклона траектории в области 2 можно определить из соот­ношения =/. Угол по аналогии с оптикой можно назвать углом преломления.

Так как тангенциальные составляющие остались равными, то sin=sinи поэтомуsin/=> 1.

Итак, при > происходит отклонение траектории электрона на рис. 14.4 вниз от начального направления АВ по направлению к нормали MN (<). Рассмотренный эффект подобен преломлению света на границе двух сред с различными коэффициентами преломления, если принять, что последний пропорционален корню квад­ратному из потенциала. Подобно этому можно проследить траекто­рию при пересечении электроном следующей эквипотенциальной линии и траектории всех электронов, входящих в линзу. Размеры электродов и потенциалы электронного прожектора на рис. 14.3 вы­бираются при проектировании так, чтобы крайние траектории элект­ронов, выходящих из катода, имели вид кривыхd-d' и с-с'.

Первая линза состоит из термокатодаК, модулятора М и анода . Поле этой линзы простирается до поверхности катода, обеспечивая отбор эмитируемых электронов, их ускорение и фоку­сировку. Вторая линза состоит из анодов и и обеспечивает собирание электронов, прошедших фокусное пятно линзы, на эк­ране трубки. Короткофокусную линзу обычно называют предва­рительной, а линзу– главной. Нетрудно убедиться, что левая часть линзы (до сеченияаа') производит собирающее действие, правая – рассеивающее (дефокусирующее). Может показаться, что эти воздействия компенсируют друг друга. Преломляющее действие собирающей части линзы сильнее, чем рассеивающей, так как из-за большего потенциала в рассеивающей части линзы скорости движения электронов в ее пространстве больше, т.е. от­клоняющее воздействие поля меньше, чем в собирающей. Поэто­му фокусирующее действие преобладает, но рассеивающая часть увеличивает фокусное расстояние линзы . Аналогичное замеча­ние можно сделать и для линзы .

Все электроды электронного прожектора обычно питаются от одного источника с помощью делителя напряжения. На второй анод подают по отношению к катоду положительное напряжение несколько киловольт, на первый анод – несколько сотен вольт, на модулятор – несколько десятков вольт отрицательного напряжения. В делителе напряжения имеется потенциометр для измене­ния напряжения модулятора (регулировка яркости луча) и другой потенциометр для регулировки напряжения на первом аноде (фокусировка луча). Рассмотренный четырехэлектродный прожектор (К – М ––) имеет существенный недостаток – взаимное влия­ние регулирования яркости и фокусировки. Необходимое для фо­кусировки изменение потенциала первого анода в той или иной степени влияет на яркость, так как этот анод своим полем (как и в вакуумном триоде) действует на потенциальный барьер около ка­тода. В то же время изменение напряжения на модуляторе, пред­назначенное для регулировки тока луча (т.е. яркости), сдвигает вдоль оси трубки область первого пересечения электронных траек­торий между линзами и, т.е. нарушает фокусировку луча на экране. Кроме того, при регулировке яркости модулятором проис­ходит некоторое изменение тока первого анода. Так как в его цепь включен резистор с большим сопротивлением, то изменение тока приведет к изменению напряжения на первом аноде, что вызовет нарушение фокусировки.

Для уменьшения этой взаим­ной зависимости регулировок в бо­лее совершенных конструкциях между модулятором и первым ано­дом помещают ускоряющий электродУ, который соединяют со вто­рым анодом (рис. 14.5). Этот элект­род экранирует катод от первого анода, ослабляя его действие на потенциальный барьер у катода, поэтому ток луча становится прак­тически независимым от напряжения первого анода. Кроме того, диафрагмы ускоряющего электрода перехватывают электроны, от­клонившиеся далеко от оси. В этом случае для первого анода можно ограничиться одной диафрагмой с большим отверстием, что позво­лит свести к нулю ток первого анода. Этот прожектор является пяти­электродным (К –М –У – – ).