14.1.6. Магнитная отклоняющая система элт

Магнитная отклоняющая система состоит из двух пар откло­няющих катушек, расположенных на горловине трубки и создающих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Упрощенное изображение магнитной отклоняющей системы пока­зано на рис. 14.8,а. По виткам пар отклоняющих катушек 1 и 2 соот­ветственно проходят токи и , которые обеспечивают получение двух взаимно перпендикулярных магнитных полей с индукциями и. При взаимодействии электронов с магнитным полем с индук­цией возникает сила Лоренца, отклоняющая луч в горизонталь­ном направлении, а при взаимодействии с полем индукции – в вертикальном направлении. Рассмотрим отклонение луча в верти­кальном направлении. Под действием ускоряющего напряжения анода фокусирующей системы электрон влетает в магнитное поле со скоростью v= (рис. 14.8,б): =. Под действием возникающей силы Лоренца = -q[v] электрон вращается по окружности радиусом R = mv/q. Выйдя из магнитного поля, электрон движется к экрану по касательной к окружности, отклоняясь от центра экрана на расстояние . Из рисунка видно, что =. При малых углах отклонения .

Тогда

Индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков отклоняющей катушки: =k, =k (k – коэффициент пропорциональности). Тогда

Аналогично

.

Чувствительность к магнитному отклонению , показыва­ющая, на сколько миллиметров отклоняется луч на экране при из­менении тока протекающего через катушки на 1 А: =/=. Из этой формулы следует, что чувствительность уменьшается при увеличении массы отклоняемой частицы т.

Основное преимущество магнитного отклонения по сравне­нию с электростатическим заключается в меньшей зависимости чувствительности от ускоряющего напряжения и возможности по­лучения больших углов отклонения. Последнее позволяет значи­тельно уменьшить длину трубки. Кроме того, внешнее относи­тельно трубки расположение катушек позволяет применять откло­няющие системы, вращающиеся вокруг оси трубки.

Одним из существенных недостатков магнитных отклоняющих систем является большая потребляемая мощность для получе­ния требуемых токов отклонения, большая инерционность из-за значительных собственных емкостей и индуктивностей. Магнит­ные отклоняющие системы могут работать на частотах до не­скольких десятков килогерц (для сравнения: электростатические системы отклонения могут работать на частотах до нескольких со­тен мегагерц).

14.1.7. Экраны электронно-лучевых трубок

В большинстве электронно-лучевых трубок применяют люми­несцентные экраны, преобразующие энергию электронного луча в энергию видимого излучения. Экран представляет собой тонкий непроводящий слой люминофора, нанесенного на дно стеклянной колбы. Принцип действия такого экрана заключается в следую­щем. Ускоренные электроны, попадая на экран, передают часть энергии атомам люминофора, переводя валентные электроны на более высокие энергетические уровни в зоне проводимости. Свечение (яркость) экрана объясняется последующим переходом электронов с более высоких энергетических уровней на нижние. При таком переходе выделяются кванты света с энергией, опреде­ляемой разностью энергий уровней.

При бомбардировке люминофора электронами, вызывающей свечение экрана, часть электронов, оказавшихся на верхних уровнях, может покинуть люминофор. Это явление, называемое вторичной электронной эмиссией, как будет показано ниже, ограничива­ет достижимую яркость экрана.

Энергия электронов в пучке после второго анода электрон­но-лучевой трубки определяется ускоряющим напряжением вто­рого анода . Но энергия электронов, приходящих в конце кон­цов на поверхность экрана, определяется потенциалом экрана – люминофора, изолированного от второго анода. Этот, пока не­известный потенциал экрана, и будет определять его яркость.

Установившееся (равновесное) значение потенциала долж­но находиться из условия постоянства заряда на поверхности экра­на: число приходящих на экран электронов должно быть равно чис­лу электронов, покидающих его поверхность. Основной причиной ухода электронов и является вторичная электронная эмиссия.

Типичная зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии (отношение числа вторичных электронов к числу первич­ных) от величины потенциала экранапоказана на рис. 14.9,а. Сначала при увеличенииили энергии первичных электронов чи­сло возбужденных электронов в люминофоре возрастает, т.е. воз­растает число вторичных электронов (растет). Появление макси­мума при дальнейшем увеличенииобъясняется тем, что при бо­лее глубоком проникновении электронов пучка в люминофор за­трудняется выход из него вторичных электронов. На кривой имеют­ся две точки, в которых= 1. Эти точки соответствуют так называе­мымпервому () и второму () критическим потенциалам. При < и > < 1, а в интервале … > 1.

На рис. 14.9,б показана зависи­мость устанавливающегося потен­циала от заданного потенциала второго анода. Если<, то электроны попадают на экран, имея малую энергию. Так как при <1 число приходящих на экран элект­ронов превышает число выбивае­мых (вторичных) электронов, то на непроводящем экране накаплива­ется отрицательный заряд, снижаю­щий потенциал экрана. Это пониже­ние потенциала будет продолжать­ся до значения, равного потенциалу катода электронного прожектора, принятому за нулевой. Электроны «отражаются» от экрана так, что по­следний перестает светиться.

В интервале << >1 – поэтому происходит накопление положительного заряда, которое вызывает повышение потенциала экрана. Здесь возможны два начальных условия. Если в исходном со­стоянии (до бомбардировки)<, то вторичные электроны ухо­дят на второй анод, вызывая появление на экране положительного заряда. Последнее приведет к росту потенциалаи приближению его к значению. Если в исходном состоянии>, то вторич­ные электроны не уходят на анод, а возвращаются на поверхность экрана и понижают его потенциал, значение которого будет стре­миться к. В обоих случаях потенциалстремится к значению, оставаясь немного больше последнего. Экспериментально ус­тановлено, что равновесное значение большена несколько вольт. Это отклонение от точного равенства= (биссектриса) показано на рис. 14.9,6.

Если >, то потенциал всегда оказывается равным . Если же начальный потенциал экрана выше , то из-за то­го, что на этом участке < 1, потенциал экрана начнет падать, сдвигаясь в сторону . При достижении этой величины падение потенциала экрана приостановится, так как если станет больше единицы, то это повлечет за собой рост потенциала экрана.

Таким образом, сколь бы ни был высок потенциал второго анода, потенциал экрана в работающей трубке не может быть существенно выше , что ограничивает яркость экрана. Величина этого так на­зываемого предельного потенциала экрана зависит от свойств лю­минофора и обычно для разных люминофоров лежит в диапазоне 5...15 кВ. Исключение составляют лишь некоторые люминофоры (как, например, сульфид-селенид цинка), у которых предельный по­тенциал достигает 20...25 кВ. Если требуется повысить потенциал экрана выше предельного, то наряду с применением проводящего покрытия на внутренней стороне баллона применяют также покры­тие проводящим слоем и самого экрана (рис. 14.10,а). В последнем случае всегда =(биссектриса на рис. 14.9,б).

Экраны должны обеспечивать необходимый цвет, яркость све­чения и заданное время послесвечения. К основным параметрам эк­рана относятся следующие.

Яркость свечения В, которая связана с плотностью электронного луча j и регулируется модулятором. Кроме того, яркость за­висит от потенциала экрана, который влияет на скорость (энергию) электронов:

B=Aj(-)

Здесь А, т – коэффициенты, зависящие от типа люминофора; – пороговый минимальный потенциал экрана, при котором еще наблюдается люминесценция.

Яркость современных кинескопов около 120...150 кд/м². Для сравнения эффективности экранов по яркости используется пара­метр световая отдача (светоотдача), определяемая как сила све­та в канделах на 1 Вт мощности электронного луча:=/. Светоотдача зависит от природы люминофора, его толщины, уско­ряющего напряжения, плотности тока и других факторов. Значения светоотдачи люминофоров ЭЛТ колеблется от 0,1 до 15 кд/Вт. При малых скоростях электронов свечение возникает в поверхностном слое и часть света поглощается люминофором. С увеличением энергии электронов светоотдача возрастает, однако при очень больших скоростях многие электроны пронизывают слой люмино­фора, не вызывая возбуждения, что снижает светоотдачу.

Время послесвечения – интервал времени между моментом прекращения возбуждения экрана и моментом спада яркости до определенного уровня (до 1 %). Экраны имеют различные времена по­слесвечения: очень короткое (менее 10^-5 с); короткое (10^-5.. 10^-2 с); среднее (10^-2... 10^-1с); длительное (10^-1...16 с); очень длитель­ное (более 16 с). Для получения длительного послесвечения ис­пользуют двухслойные экраны (рис. 14.10,6). При их изготовлении на дно колбы наносят люминофор 1, который возбуждается свето­вым излучением и обладает длительным свечением. Его покрыва­ют люминофором 2, который возбуждается электронной бомбар­дировкой и имеет короткое послесвечение. Свечение этого люми­нофора используется для возбуждения фотолюминофора.

Разрешающая способность – свойство электронно-лучевой трубки воспроизводить детали изображения. Она оценивается чи­слом отдельно различимых светящихся точек или линий, прихо­дящих на 1 см поверхности.