Электронная оптика. Электронно-лучевые приботы

 

• причиной искажения может явиться также влияние дифракции электронов, нарушение осевой симметрии полей, образующих линзы и другие.

К электронному лучу в приборе 

предъявляются ряд требований:

 

• электронный пучок должен иметь минимальное поперечное сечение

 

• плотность тока пучка должна быть достаточно высокой

 

• должна быть возможность плавно регулировать величину тока в пучке в широких пределах

 

• пучок должен не расфокусироваться при инерционном движении от фокусирующей системы до экрана

Электронно-оптические системы

 

• Выполнение этих требований с использованием только одной электронной линзы оказывается практически невозможным. Действительно, катодная линза, создавая сечение минимальных размеров, является короткофокусной и после ее прохождения пучок быстро расходится.

Электронно-оптические системы

 

• Применение только длиннофокусной линзы, например одиночной, позволит получить на экране изображение источника электронов, которое при достаточно большой силе тока в пучке имеет большие размеры. Поэтому обычно применяют электронно-оптические системы, состоящие из двух или более линз.

Схема электронно-оптической системы 

с двумя линзами:

Схемы электронных пушек с 

электростатической фокусировкой

Схемы электронных пушек с 

электростатической фокусировкой

Схемы электронных пушек с 

магнитной фокусировкой

Трехлучевая ЭОС  

 

цветного кинескопа

Особенности электронной оптики интенсивных пучков

 

    В рассмотренных выше электронно-оптических системах действие объемного заряда не учитывалось, что справедливо для электронных пучков малой плотности. Однако в ряде электронных приборов (например, приборах СВЧ) используются пучки высокой интенсивности, и действие пространственного заряда необходимо учитывать.

Особенности электронной оптики интенсивных пучков

 

• Пример системы формирования интенсивного электронного пучка (пушка Пирса) приведен на рисунке.
• На практике встречаются интенсивные пучки самой различной конфигурации: цилиндрические, трубчатые, ленточные, которые могут быть параллельными или сходящимися (клиновидными).

Пушка Пирса

Отклоняющие системы

 

К отклоняющим устройствам предъявляются 

следующие требования:

 

• отклоняющая система должна иметь большую чувствительность

 

• система должна обеспечивать необходимый угол отклонения пучка

 

• искажения, вносимые в изображения отклоняющей системой, должны быть минимальными

 

• возможно меньшая емкость и индуктивность цепи отклоняющей системы

Схема электростатического отклонения 

электронных пучков

D = Y + ltg

 

Полагая, что поле между пластинами однородно 

и отклоняемый пучок имеет малое поперечное 

сечение, можно записать, что отклонение равно:

 

где Y – отклонение пучка в поле пластины

 

•  – угол отклонения, образованный осью z

     и направлением пучка

 

где L – расстояние от экрана до точки в

      середине отклоняющего поля, называемой

      обычно центром отклонения

Отклоняющее действие пластин  обычно 

характеризуется чувствительностью

(величиной отклонения, приходящейся  на 1 В 

отклоняющего напряжения).

 

Чувствительность параллельных  пластин:

Закономерности электростатического 

отклонения:

 

• чувствительность электростатического отклонения не зависит от заряда и массы частицы

 

• чувствительность обратно пропорциональна ускоряющему анодному напряжению

Конструкции отклоняющих пластин

Схема магнитного отклонения 

электронных пучков

Электрон, попавший в магнитное  поле, будет 

испытывать силу, действующую вдоль  оси Y

вверх и отклоняться в этом  направлении,

двигаясь по окружности. Радиус этой

окружности выражается формулой:

 

Полное отклонение на экране можно записать 

в виде:

 

D = Y + l tg

Выражая скорость электрона  через 

ускоряющее напряжение, найдем:

 

Чувствительность магнитного отклонения 

может быть определена как:

Основные закономерности 

магнитного отклонения:

 

• чувствительность при магнитном отклонении зависит от заряда и массы частиц

 

• чувствительность магнитного отклонения пропорциональна

 

                                              и, следовательно, уменьшается с ростом анодного напряжения медленнее, чем чувствительность электростатического отклонения 

Типы электронно-лучевых приборов:

 

• приемные электронно-лучевые трубки – кинескопы

 

• осциллографические и радиолокационные трубки 

 

• запоминающие электронно-лучевые трубки (потенциалоскопы)

 

• передающие телевизионные приборы – иконоскопы, супериконоскопы, ортиконы, суперортиконы, видиконы 

 

• электроннооптические преобразователи и усилители яркости изображения, электронно-лучевые индикаторы, электронные микроскопы

Общие элементы электронно-лучевых

приборов:

 

 

• баллон (оболочка прибора)

 

• источник электронов – катод, который может иметь самые различные конструкции и работать на основе термо-, фото- или автоэлектронной эмиссии

 

• фокусирующее устройство, служащее для получения электронных пучков требуемой конфигурации и интенсивности

Общие элементы электронно-лучевых

приборов:

 

 

• отклоняющее устройство, позволяющее изменять нужным образом направление сфокусированных электронных потоков

 

• приемник электронного пучка, который в обычных электронно-лучевых приборах и является тем элементом, где при взаимодействии с электронами пучка происходит основной эффект, на который рассчитан прибор

Приемные ЭЛТ

 

   К приемным электронно-лучевым трубкам относятся:

• Осциллографические трубки;
• Радиолокационные трубки;
• Черно-белые и цветные кинескопы и дисплейные трубки;
• Проекционные трубки.

Осциллографические трубки

предназначены для графического 

воспроизведения электрического  сигнала 

Осциллографические трубки

 

• Электронно-оптическая система чаще всего построена по двухлинзовой схеме. Первая линза - короткофокусный иммерсионный объектив - формирует кроссовер, изображение которого переносится на экран одиночной линзой, образуемой ускоряющим электродом и анодами А1 и А2.

Осциллографические трубки

 

• Отклоняющая система образована двумя парами однократно изломанных пластин. Цвет свечения экрана выбирают в зависимости от его назначения: зеленый (Zn_²SiO_⁴ - Mn) или белый для непосредственного наблюдения, синий (ZnS - Ag) для фотографирования.

Осциллографические трубки

 

• Токопроводящее внутреннее графитовое покрытие служит для сбора вторичных электронов. Для увеличения яркости свечения экрана без потери в чувствительности отклонения в трубках применяют ускорение электронов после их отклонения (послеускорение) с помощью анода А3.

Осциллографическая трубка

 

Трубка 12ЛО1И

Двухлучевая

 

осциллографическая  трубка

Трубки с радиальной разверткой:

 

К – катод,

М – модулятор,

а¹ – первый анод,

а² – второй анод,

ОП – отклоняющие

         пластины,

Э – экран,

ПС – проводящий

         слой,

Ш – металлический

стержень,

ЦК – конусы

В радиолокационных трубках  с яркостной 

модуляцией пучка, кроме круговой  развертки,

применяется перемещение луча  в радиальном 

направлении линейно во времени.

В отсутствии сигнала трубка  заперта 

отрицательным напряжением модулятора.

Отраженный от цели сигнал  после усиления 

поступает на модулятор, отпирает луч и на

линии развертки появляется  яркое 

светящееся пятно.

 

Функции модулятора

Черно-белые кинескопы

используют электростатическую  фокусировку 

и магнитное отклонение луча. Электронно-

оптическая система – трехлинзовая, включает 

в себя иммерсионный объектив, иммерсионную 

и одиночную линзы.

 

ЭП – электронная пушка,

А – анод,

ПП – проводящий подслой,

Э – экран,

ОК – отклоняющая катушка

Кинескопы цветного телевидения

имеют две разновидности –  с дельтообразной 

ЭОС и мозаичным экраном или  с планарной 

ЭОС и линейчатым экраном.

Цветной кинескоп

 

   Кинескоп с теневой маской и точечным экраном имеет люминесцентное покрытие из серии триад люминофоров красного, синего и зеленого цвета. Перед экраном на расстоянии 10 мм располагается цветоделительная маска, которая обеспечивает прохождение лучей только на "свои" точки люминографа и представляют собой фольгу с отверстиями, количество которых равно числу триад на экране (500000).

Цветной кинескоп

 

   Электронно-оптическая система состоит из трех прожекторов, оси которых образуют равносторонний треугольник. Снаружи трубки на горловине устанавливается система электромагнитного управления, служащая для совмещения лучей, а также отклоняющая система. Недостатки такого кинескопа - малая прозрачность маски (~15%), сложность коррекции сходимости электронных пучков и обеспечения чистоты цветов. Такие кинескопы промышленностью уже не выпускаются и представляют лишь исторический интерес.