6.Расчёт и конструирование иммерсионного объектива

Иммерсионный объектив - это комбинация термокатода и линзы-диафрагмы.

В кинескопах он включает в себя оксидный подогревной катод, модулятор, на который подаётся входной сигнал и подфокусирующий электрод ПФ.

Задачи иммерсионного объектива:

1.Создание электронного потока.

Изображение в кинескопе создается благодаря бомбардировке люминофорного экрана электронным потоком. Следовательно, нам необходим электронный поток. Катод в иммерсионном объективе как раз и выполняет эту задачу.

2.Управление электронным потоком.

Управление осуществляется с помощью модулятора. Изображение – это чередование пятен с разной яркостью на экране. Для создания различных по яркости пятен необходимо промодулировать электронный поток по входному сигналу.

3.Ускорение электронов.

Ускорение происходит за счет потенциала на подфокусирующем электроде.

4.Создание кроссовера.

Кроссовер – искусственный предмет малого размера для фокусирующей системы, которая формирует пятно на экране. От размера кроссовера будет зависеть размер пятна на экране

5.Обеспечение параксиальности пучка.

Для уменьшение геометрических аббераций необходимо обеспечить параксиальность пучка. В подфокусирующем электроде создают отверстие малого диаметра.

Параксиальные электроны – это электроны, которые движутся близко к оси. Критерием параксиальности является r² << r. r-удаление от оси симметрии поля.

6.Автоматическое запирание катода.

В случае если отключится отклоняющая система, автоматическое запирание не позволит выжечь люминофор в центре экрана.

В кинескопах используется собирающий иммерсионный объектив, т.к. нам нужно создать кроссовер.

Рис.6.1. Распределение потенциала в иммерсионном объективе, первая и вторая производные.

Выражение для определения оптической силы любой линзы имеет вид:

Где ab – участок,на котором сосредоточено электрическое поле. U (z), U"(z) – распределение потенциала в линзе на оси и его вторая производная.

Знак оптической силы определяется знаком U"(z). Как видно из рис.6.1., на зависимости U"(z) имеются два участка: собирающий и рассеивающий. Но т.к. на рассеивающем участке потенциал гораздо выше, чем на собирающем, электроны будут проходить этот участок с большими скоростями и мало изменят свою траекторию. Поэтому суммарное действие такого объектива будет собирающим.

Определение основных размеров иммерсионного объектива можно приближенно провести по формуле Гайне.

где – напряжение модулятора запирающее,

–напряжение на ускоряющем электроде иммерсионного объектива (в кинескопе – подфокусирующего электрода),

–диаметр отверстия в модуляторе,

δ – толщина диафрагмы модулятора,

– расстояния катод (К) – модулятор (М) и модулятор-анод (А) (рис.5).

Рис.6.2. Эскиз иммерсионного объектива

Зададимся толщиной диафрагмы модулятора δ. В существующих конструкциях кинескопов δ имеет значение в пределах от 0.1 до 0.5 мм. Выберем δ=0.2мм.

Диаметр отверстия модулятора определяется через эффективный диаметр катода

Эффективный диаметр катода примерно на порядок больше диаметра кроссовера:

D_эфф = 10d_кр

Следовательно, для определения диаметра отверстия модулятора необходимо найти диаметр кроссовера, что можно сделть, зная диаметр пятна на экране. Диаметр пятна на эеране (d_п) определяется диаметром скрещивания (d_скр) и коэффициентом увеличения главной фокусирующей линзы:

d_п = d_скрM_им

d_скр определяется:

d_скр = d_крM_пф

_­M_пф = - коэффициент увеличения подфокусирующей линзы.

_­M_им = - коэффициент увеличения иммерсионной линзы.

Произведем расчеты:

_­M_им = = = 4.9

_­M_пф = ==0.135

d_п = = 0.192мм

d_скр = = 0.0392мм

d_кр = = 0.29мм

D_эфф = 0.290*10 = 2.9мм

D_м = = 4.1 мм

Таким образом, остаются неизвестными две величины: ℓ_км и ℓ_ма.

Расстояние катод-модулятор можно определить, проанализировав работу катода в кинескопе. Картина поля в иммерсионном объективе показывает, что ускоряющее поле сильнее против центра диафрагмы модулятора и убывает в направлении радиуса. Следовательно, катод нагружен неравномерно, и наибольший отбор тока имеет место с его центрального участка. Режим работы катода в кинескопе оказывается близким к режиму работы электронной лампы при наличии «островкового эффекта». Но так как важнейшей характеристикой электронной пушки является модуляционная характеристика (зависимость тока пучка (I_n) (или катода) от потенциала модулятора U_м (рис. 6.3), то крутизна этой характеристики (S = dI_п/dU_м) является одним из параметров кинескопа. По аналогии с теорией электронных ламп для иммерсионного объектива можно качественно изобразить зависимость S от отношения ℓ_км/D_м (рис. 6.4).

Рис.6.3. Модуляционная

характеристика кинескопа

Рис.6.4. Зависимость крутизны модуляционной характеристики

 от соотношения ℓ_км/D_м

Максимальное значение крутизна модуляционной характеристики приобретает при отношении ℓ_км/D ≈ 0,5 – 1. При ℓ_км ≈ D начинает проявляться островковый эффект и при ℓ_км/D < 0,5 крутизна резко падает ввиду снижения эффективности управления катодным током. Выберем = 0.7,т.к. примерно в этой точке наблюдается максимум.

l_км = 0.7*4.1 = 2.9 мм

Из исходных данных известно запирающее напряжение модулятора U_з = - 80В, поэтому остаётся найти из уравнения Гайне .

l_ма = = 0.6мм

Протяжённость иммерсионного объектива:

l_им.об. = l_км + δ + l_ма = 2.9 + 0.2 + 0.6 = 3.7 мм

Подведём итоги этого раздела:

d_п = 0.192 мм

d_скр = 0.0392 мм

d_кр = 0.29 мм

D_эфф = 2.9 мм

D_м = 10.1 мм

l_км = 7.07 мм

l_ма = 1.6 мм

l_им.об. = 3.7 мм