2. Чувствительность магнитного отклонения пропорциональна 1/ UA

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

Отметим, что приведенные выше формулы справедливы при малых углах отклонения.

3.7.Некоторые особенности электронной оптики интенсивных пучков

Врассмотренных 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.

Степень влияния объемного заряда в электронном пучке оценивается

его характеристической проводимостью или первеансом:
Р = j/U3/2	(3.23)

где j - ток пучка, U - пройденная электронами разность потенциалов. Ясно, что с увеличением j и уменьшением U взаимодействие электронов будет все более заметным. Если первеанс пучка не превышает 10-9 А/В3/2, то действием объемного заряда в поле можно пренебречь. При Р> 10-8 А/В3/2 действие пространственного заряда необходимо учитывать. Такие пучки

считаются интенсивными и для их рассмотрения совершенно недостаточно аппарата обычной электронной оптики. Более того, применение таких понятий электронной оптики, как фокусировка, электронно-оптическая

система и другие по существу теряют свой смысл и могут применяться лишь условно. Правильно использование таких терминов как формирование пучка, система формирования и т.д.

Пример системы формирования интенсивного электронного пучка (пушка Пирса) приведен на рис. 3.15.

На практике встречаются интенсивные пучки самой различной конфигурации: цилиндрические, трубчатые, ленточные, которые могут быть параллельными или сходящимися (клиновидными).

Рис. 3.15. Пушка Пирса

58

К интенсивным электронным пучкам предъявляются следующие требования:

1.Вполне определенный, часто возможно более высокий первеанс.

2.Форма пучка должна как можно лучше соответствовать заданной.

Наибольшее применение для формирования интенсивных электронных

пучков получили так называемые пушки Пирса, принцип построения которых заключается в следующем. Если рассмотреть диоды с идеальной геометрией (плоский, сферический или цилиндрический) и выделить из

всего электронного потока в них определенную часть требуемой конфигурации, как это показано на рис. 3.15, то в зависимости от формы диода можно получить параллельный или сходящийся пучок нужной формы.

При этом влияние отброшенной части электронного потока на оставшуюся должно быть заменено эквивалентным влиянием некоторого электрического поля, которое должно удовлетворять следующим условиям:

1.Распределение потенциала вдоль границы пучка должно соответствовать распределению поля в выбранном исходном диоде.

2.Напряженность поля, нормальная к границе пучка, должна быть равна нулю, т.е. должны отсутствовать силы, приводящие к расширению пучка.

Определив поле, отвечающее этим требованиям, необходимо рассчитать или подобрать конфигурацию электродов, из которых один имеет потенциал катода, а другой - потенциал анода. Тогда указанная система электродов образует требуемый электронный пучок с прямолинейными траекториями.

Такого типа пушки и получили название пушек Пирса или однопотенциальных пушек (рис. 3.15).

3.8. Приемные электронно-лучевые трубки

Осциллографические трубки предназначены для графического воспроизведения электрического сигнала. Типичная схема прибора показана на рис. 3.16.

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.

59

Рис. 3.16. Схема осциллографической трубки

Отклоняющая система образована двумя парами однократно изломанных пластин. Уточненная формула для расчета чувствительности

имеет вид:

(l / 2 + l

+ L)

l

2

éæ

d

l

2

ö

d

2

ù

l

2

2

s =

êç

2

+ L÷ln

- l2 ú

+

1

(3.24)

2U

(d - d )

- d

d

2U × d

2

ç d

÷

û

A

2 1

ë

2 1

ø

1

A

2

1

è

Обозначения, входящие в формулу (24), ясны из рис. 3.16. Обычно чувствительность отклоняющей системы составляет 0,3 - 0,6 мм/В. Цвет сечения экрана выбирают в зависимости от его назначения: зеленый (Zn2SiO4 - Mn) для непосредственного наблюдения, синий (ZnS - Ag) для фотографирования. 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. Для одновременного исследования нескольких

быстропротекающих процессов применяются многолучевые осциллографические трубки, имеющие от 2 до 5 отдельных электронно- оптических систем.

Осциллографические трубки с радиальным отклонением отличаются от рассмотренных выше радиальной разверткой луча. Для получения такой

развертки на обе пары отклоняющих пластин подаются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 90о. Существует 2 варианта трубок с радиальной разверткой (рис. 3.17 ).

В первом случае (рис. 3.17а) исследуемое напряжение подводится к металлическому стержню, впаянному в центр экрана, что вызывает радиальное отклонение луча, описывающего круговую траекторию. В другом варианте трубки (рис. 3.17б) за отклоняющей системой расположены два усеченных соосных конуса, к обкладкам которых подводится исследуемый сигнал, вызывающий смещение луча в радиальном направлении.

60

а) б) Рис. 3.17. Трубки с радиальной разверткой

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.

Черно-белые кинескопы используют электростатическую фокусировку и магнитное отклонение луча. Электронно-оптическая система - трехлинзовая, включает в себя иммерсионный объектив, иммерсионную и одиночную линзы (рис. 3.18). Электрический сигнал поступает в прибор через цепь катод - модулятор. В приборе осуществляется непрерывная построчная развертка луча (625 строк). Максимальный угол отклонения луча составляет 110о.

Рис.3.18.Черно-белый кинескоп.

Кинескопы цветного телевидения имеют две разновидности - с

дельтообразной ЭОС и мозаичным экраном или с планарной ЭОС и линейчатым экраном. 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

61

"свои" точки люминографа и представляют собой фольгу с отверстиями, количество которых равно числу триад на экране (≈500000). Принцип цветоделения ясен из рис. 3.19.

Рис. 3.19. Цветной кинескоп (принцип цветоделения)

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.

Недостатки мозаичных экранов устраняются в кинескопе со щелевой маской и планарной ЭОС (рис. 3.20). Экран такого кинескопа имеет

линейчатую структуру в виде сплошных вертикальных полос люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска имеет щелевидные отверстия сравнительно небольшой длины. Основные преимущества кинескопа - повышенная на 15-20% яркость изображения, высокая чистота цветов, меньшая чувствительность к воздействию внешних магнитных полей, возможность самосведения лучей.

Кинескопы с повышенной разрешающей способностью имеют 10001200 линий на экране, маску меньшей толщины (до 0,1 мм) с большей площадью отверстий, антибликовое покрытие на экране, прецизионные отклоняющие системы.

62