книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

Рис. 1.21. Рабочие элементы цилин­ дрических электродов

В многолучевых ЭОС, напри­ мер в цветных кинескопах с пла­ нарным расположением пучков, электроды имеют рабочие отвер­ стия по числу пучков. При этом отдельные электроды имеют сложную объемную форму рабо­ чих поверхностей, участвующих одновременно в формировании фокусирующих полей и полей сведения пучков.

Требования к точности рабо­ чих контуров и их взаимного расположения определяются ме­ стом электрода в ФЭ и рассма­ триваются в соответствующих разделах, посвященных проекти­ рованию этих ФЭ и ЭОС в це­ лом (см. гл. 3).

При создании методов и ал­ горитмов автоматизированного проектирования, разработке САПР и в особенности сквозно­ го маршрута проектирования ЭОС с выходом на технологиче­ скую подготовку производства (см. гл. 2) большое значение име­ ет наличие универсального фор­ мализованного описания электро­

дов. В первую очередь важно описание рабочих контуров, по­ скольку их форма и размеры непосредственно используются в рас­ четах электронно-оптических характеристик. Для этого необхо­ димо ввести некоторую систему условных обозначений, например, приведенную на рис. 1.20—1.22, где показаны конфигурации рабо­

чих контуров	и поверхностей разных электродов и обозначения
их размеров,	и в табл. 1.6, содержащей виды электродов с соот­

ветствующими условными обозначениями.

Фиксирующие элементы наружного контура детали, называе­ мые обычно держателями, служат для соединения набора элек­ тродов в арматуру с помощью несущих изоляторов. Держатели выполняются в виде отдельных деталей, закрепляемых затем на электродах, или изготавливаются заодно с электродом по

контуру его фланца. При отдельном изготовлении держателей должно быть предусмотрено надежное соединение их с элек­ тродом. В любом случае к держателям предъявляется главное требование — обеспечение жесткой фиксации электрода в арма-

Рис. 1.21. Рабочие элементы цилин­ дрических электродов

В многолучевых ЭОС, напри­ мер в цветных кинескопах с пла­ нарным расположением пучков, электроды имеют рабочие отвер­ стия по числу пучков. При этом отдельные электроды имеют сложную объемную форму рабо­ чих поверхностей, участвующих одновременно в формировании фокусирующих полей и полей сведения пучков.

Требования к точности рабо­ чих контуров и их взаимного расположения определяются ме­ стом электрода в ФЭ и рассма­ триваются в соответствующих разделах, посвященных проекти­ рованию этих ФЭ и ЭОС в це­ лом (см. гл. 3).

При создании методов и ал­ горитмов автоматизированного проектирования, разработке САПР и в особенности сквозно­ го маршрута проектирования ЭОС с выходом на технологиче­ скую подготовку производства (см. гл. 2) большое значение име­ ет наличие универсального фор­ мализованного описания электро­

дов. В первую очередь важно описание рабочих контуров, по­ скольку их форма и размеры непосредственно используются в рас­ четах электронно-оптических характеристик. Для этого необхо­ димо ввести некоторую систему условных обозначений, например, приведенную на рис. 1.20—1.22, где показаны конфигурации рабо­

чих	контуров	и поверхностей разных электродов и обозначения
их	размеров,	и в табл. 1.6, содержащей виды электродов с соот­

ветствующими условными обозначениями.

Фиксирующие элементы наружного контура детали, называе­ мые обычно держателями, служат для соединения набора элек­ тродов в арматуру с помощью несущих изоляторов. Держатели выполняются в виде отдельных деталей, закрепляемых затем на электродах, .или изготавливаются заодно с электродом по

контуру его фланца. При отдельном изготовлении держателей должно быть предусмотрено надежное соединение их с элек­ тродом. В любом случае к держателям предъявляется главное требование — обеспечение жесткой фиксации электрода в арма-

Рис. 1.22. Рабочие элементы электродов сложной формы

туре, исключающее возможность смещения в процессе термова­ куумной обработки прибора и при его эксплуатации.

Технологические элементы контура электрода можно опре­ делить как поверхности сопряжения рабочих и фиксирующих эле­ ментов в объемных электродах и как наружные контуры между держателями для диафрагм. Форма этих контуров определяется характеристиками материала электрода, условиями обеспечения электрической прочности арматуры и способом изготовления де­ тали. К технологическим элементам контура относятся также участки, обеспечивающие удобство и надежность монтажа со­ единений электродов с выводами и однозначную ориентацию электрода в арматуре при ее сборке — выступы и срезы (см. рис. 1.19). Если для диафрагм внешний контур детали прак­ тически не зависит от рабочего контура, то для объемных элек­ тродов внешний контур во многих случаях является также ра­ бочей поверхностью, участвующей в формировании поля. Это особенно хорошо видно на примере электродов для линз раз-

Обозначе­	Тип электрода н его характеристика
ние контура
1.	Плоские диафрагмы

1.1.Диафрагмы с круглым отверстием

1.2.С круглым отверстием и утонением в зоне отверстия:

1.2.1.коническое утонение

1.2.2.сферическое утонение

1.2.3.плоское утонение

1.3.Диафрагмы с некруглым отверстием *:

1.3.1.с прямоугольным отверстием и плоским утонением

1.3.2.с прямоугольным отверстием без утонения

1.3.3.с крестообразным отверстием

2.	Осесимметричные объемные электроды

2.1.Сквозные цилиндры:

2.1.1.трубчатые

2.1.2.с забортовкой или фланцем

2.2.Цилиндры с плоским дном и круглым отверстием2 — стаканы (о<

<Ц и чашки (/)> !):

2.2.1.без отбортовки

2.2.2.с забортовкой или фланцем

2.3.Цилиндры с неплоским дном и круглым отверстием 2:

2.3.1.с вогнутым дном

2.3.2.	с выпуклым дном
2.4.	Цилиндры с неплоским дном и некруглым отверстием*•2
2.4.1.	с отверстием из отрезков дуг

2.5.Сетчатые электроды:

2.5.1.сферизованные2>3

2.5.2.цилиндрические 1

3.	Объемные элементы сложной формы

3.1.Квадрупольные элементы 3

3.2.Отклоняющие пластины:

3.2.1.с изломами

3.2.2.с непрерывным профилем

1 Для ориентации электродов с	некруглыми отверстиями но осям Л' и У к обозначе­
нию размера А добавляется индекс	\17 при его положении вдоль оси У и индекс О при ого

положении вдоль оси X.

3 Для ориентации электродов в виде цилиндров с дном к обозначению размера Г>о до­

бавляется индекс Р при положении электрода дном	в сторону экрана.
3 Поверхности, обозначенные индексом Й, могут	быть выполнены по профилю, описы­
ваемому уравнениями кривых второго порядка.

-личного типа (см. рис. 1.21), где оба торца электрода могут ;быть рабочими.

Важнейшими геометрическими элементами являются базирую-

лцие	поверхности.	Для воспроизведения заданного	распределе­
ния	электрического	поля необходима высокая точность взаим­
ного	расположения	электродов в конструкции, что	в значитель­

ной мере зависит не только от точности изготовления отдельных

.элементов детали, но и от правильного выбора базирующих

.поверхностей на основе принципа единства баз на всех техноло­ гических операциях изготовления детали и сборки арматуры.

.В качестве баз на электродах принимаются элементы рабочего контура (в осесимметричных системах — круглые отверстия или ^цилиндрические поверхности), участки наружного контура де­ тали, а также специально выполняемые технологические базы (отверстия, вырубки контура) на фланцах электродов и на плоских диафрагмах (см. рис. 1.19).

Кроме электродов в конструкцию прибора входят вспомо­ гательные конструктивные элементы, которые не принадлежат к «♦отдельным ФЭ и не участвуют в формировании электрического

..поля. Соединения между отдельными деталями, образующими электроды, между электродами и выводами ножки, а также между отклоняющими пластинами и боковыми выводами бал­ лона осуществляются тонкой сплющенной проволокой или круг­ лой проволокой диаметром до одного миллиметра.

Фиксация арматуры ЭОС в горловине баллона осущест­ вляется с помощью упругих переходных элементов — центри­ рующих пружин, закрепляемых на электродах или на специаль­ ных держателях. Для соединения между токопроводящими по­ крытиями и электродами арматуры используются контактные пружины. Важнейшее требование к ним заключается в необ­ ходимости обеспечить соединение, сохраняющее надежность в условиях воздействия ударов и вибрации, но исключающее раз­ рушение покрытия в месте контакта. Конструкции контактных и центрирующих пружин в серийных приборах различных типов необоснованно разнообразны. Это в значительной мере объяс­ няется тем, что условия их применения в настоящее время прак­ тически исключают возможность выполнения при проектировании -каких-либо расчетов и подбор упругих элементов ведется экс­ периментально.

Приведенный в настоящей главе обзор различных конструк­ тивных решений принципиальных схем функциональных элемен­ тов ЭОС носит в основном классификационный характер. Более подробно вопросы конструирования ЭОС обсуждаются в гл. 4.

Глава 2.

ПРОЦЕСС ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И БАЛЛОНОВ

Для (большинства отраслей промышленности анализ процес­ са проектирования считается весьма сложной задачей. Это объ­ ясняется неотъемлемо творческим характером проектных задач, слабой изученностью приемов их решения, сложностью, многостадийностыо и разнородностью процесса, который должен за­ кончиться созданием описания ранее не существовавшего изде­ лия, достаточно подробного для того, чтобы это изделие можно было производить. Одним из немногих универсальных приемов

решения творческих задач является	последовательное разделе­
ние задачи на подзадачи — до тех	пор, пока очередная подза­

дача не сможет быть решена целиком. В соответствии с этим приемом прежде всего необходимо разделить процесс проекти­ рования на этапы, следующие друг за другом.

В машиностроении, где имеются богатые традиции и накоплен большой опыт проектирования различных изделий, принято выделять два основных этапа {23, 24]: собственно проект ирование как творческое предопределение техническо­ го устройства с целью дать обоснование практической реализации и конст руиро­ вание как этап проектирования, в котором посредством изображения замысла определяется техническое изделие. Для ЭЛП выделение этих этапов особенно актуально, так как на первом этапе решаются вопросы, связанные с выполнением основных функций .прибора, а на втором принятые технические решения реали­ зуются в виде конкретной конструкции с учетом возможностей существующей

технологии.	Распространенным является также наименование первого	этапа
эскизны м , а	второго — техническим проектированием (см., например,	124]).

В дальнейшем будут использоваться преимущественно именно эти термины, что не исключает применения лаконичного термина «конструнрованне> для некоторых проектных процедур, относящихся ко второму этапу.

Рассматривая этап эскизного	проектирования ЭЛП,		можно,
в свою очередь, выделить в нем следующие подэтапы:		определение
анализ технического задания (ТЗ) на прибор и
заданий на проектирование узлов	(или требований	к	комплек­

тующим узлам); построение структурных схем сложных узлов;

определение заданий на проектирование функциональных эле­

ментов; построение и исследование принципиальных схем для каж­

дого из функциональных элементов.

Прежде, чем перейти к рассмотрению содержания работ на этих подэтапах, следует отметить, что наиболее важными уз­ лами большинства ЭЛП являются ЭОС и баллон, проектируемые

сучетом характеристик используемых катодно-подогревательного

иэкранного узлов. При этом доминирующую роль в большин­ стве приборных разработок играет проектирование ЭОС, требо­ вания к параметрам которой в ТЗ носят явный и директивный характер, в то время как требования к баллону в большинстве

случаев — неявный и ограничительный характер. Приведенное выше краткое описание этапа эскизного проектирования в пол­ ной мере относится лишь к таким сложным узлам, как ЭОС, поскольку баллон не разделяется на функциональные элементы и, следовательно, построение структурной схемы для него ли­ шено смысла.

Формирование ТЗ на узлы прибора. С учетом сказанного формирование ТЗ на узлы ЭЛП осуществляется следующим образом:

из ТЗ на прибор выделяются конкретные требования и огра­

ничения	на	параметры	ЭОС (габаритные размеры, ток луча,
количество		и диапазоны	изменения управляющих потенциалов
и т. п.);
исходя из значений параметров катода выбирается вариант
конструкции		катодно-подогревательного узла, обеспечивающий

эти значения (эмиссионная способность катода, максимальный токоотбор, рабочая температура и т. п.);

выбирается вариант реализации экранного узла и определя­ ются значения его параметров, связанных с работой ЭОС;

задаются ограничения на конструкцию ЭОС со стороны бал­ лона (учет толщины стекла, конструкции ножки, выводов и т. п.); формируется ТЗ на ЭОС как совокупность требований ТЗ на прибор и требований, вытекающих из учета влияния пара­ метров других узлов (катодно-подогревательного, экранного, бал­

лона и др.);

формируется ТЗ на баллон (обычно после завершения струк­ турного проектирования ЭОС).

Рассматриваемая последовательность действий (как и весь процесс проектирования) носит итеративный характер: при фор­ мировании начального варианта ТЗ на узлы учитывается преж­ ний опыт проектирования, а в тех случаях, когда принятые ре­ шения оказываются несогласованными, возможен возврат к это­ му этапу и их корректировка.

Так, ограничения на длину ЭОС задают на основании тре­ бований ТЗ к длине прибора с учетом толщины фронтального стекла баллона, толщины тарелки ножки и расстояния от та­ релки до плоскости модулятора. Толщина фронтального стекла экрана оценивается с учетом заданных размеров рабочей части экрана в сочетании с другими требованиями к баллону и при-

бору в целом на основании проведенных ранее прочностных рас­ четов и практического опыта. В зависимости от ограничений на диаметр горловины и требований по числу выводов электродов выбирается тип цоколевки и стандартизованная ножка прибора, что определяет толщину тарелки и предельную высоту цоколь­ ного колпачка или цоколя. Исходя из требований ТЗ по устой­ чивости прибора к механическим воздействиям определяют кон­ структивное решение посадки арматуры ЭОС на ножку, что в сочетании с размерами катодно-подогревательного узла, вы­ бранного ранее, дает расстояние от плоскости тарелки ножки до плоскости модулятора. На выбор этого размера влияют дан­ ные об известных конструкциях ЭЛП, особенности технологии

монтажа и стремление		отдалить	катод от места спая тарелки
с цилиндром	(во избежание «отравления» катода).
Очевидно,	значения	некоторых	параметров могут быть уточ­

нены в процессе эскизного проектирования, поэтому при фор­ мировании начального варианта ТЗ на ЭОС их можно брать «с запасом».

В результате ТЗ на ЭОС должно содержать следующие све­ дения:

ограничения на размеры электронно-оптической системы (рас­ стояние от поверхности катода до поверхности экрана, заданный или рекомендуемый типоразмер горловины, указание на воз­ можность использования внутренней 'поверхности баллона для

формирования пленочных электродов и т. п.);
ограничения	на диапазон	изменения или значения	питающих
й управляющих	потенциалов	(модуляция, количество	и диапа­

зоны фокусирующих потенциалов, ускоряющий потенциал, по­ тенциал экрана, амплитуды 'потенциалов отклонения, допустимое число корректирующих .потенциалов, их диапазоны изменения II Т. д.);

ограничения на токовые характеристики (ток катода, плот­ ность тока в центре катода, ток луча, токи утечки отдельных электродов или функциональных элементов и др.);

ограничения на электронно-оптические характеристики (мак­ симальная плотность тока в электронном пятне в плоскости экрана и распределение этой плотности тока, размеры электрон­ ного пятна на различных уровнях плотности тока, допустимые изменения размеров пятна при перемещении в пределах рабочей части экрана, контрастно-частотная характеристика ЭОС, чув­ ствительность и максимальные углы отклонения и т. п.);

ранжирование параметров узла по их важности для по­ требителя;

указания на необходимость использования специальных ФЭ (например, блаикирующеп системы, системы сведения для мно­ голучевых ЭЛП, системы электронной подсветки экрана и т. п.).

Отсутствие каких-либо из перечисленных требований или ограничений в ТЗ на ЭОС означает некоторую свободу в назна­ чении соответствующего параметра при проектировании ЭОС. Помимо ограничений, ТЗ на ЭОС может содержать требования достижения максимальных или минимальных значений некото­ рых параметров. Обычно это характерно для перспективных раз­ работок, имеющих целью достижение «рекордных» показателей и определение предельных возможностей ЭЛП данной подгруп­ пы. В таких случаях следует говорить об оптимальном проек­ тировании, так же как и в случаях, когда достижение экстре­ мальных значений некоторых параметров обусловлено экономи­ ческими факторами (снижение веса, материало-, трудоемкости и т. п.). В остальных случаях, когда необходимо создать кон­ струкцию, удовлетворяющую только ряду ограничений, имеет ме­ сто задача удовлетворительного проектирования. Фактически ТЗ есть первое исходное описание будущего изделия, и последую­

щие	этапы проектирования	уточняют	это	описание, превращая
его	из нормативного (требования к параметрам)				в конструктив­
ное	(описание конструкции).	и к ТЗ	на	баллон,	учитывая при
Сказанное можно отнести

этом «подчиненное» положение, которое обычно занимает про­ ектирование баллона по отношению к проектированию ЭОС. Исходные данные для проектирования баллона определяются в результате структурного проектирования ЭОС, когда становятся известными, в частности, координаты центров отклонения, при­ мерное расположение выводов и т. п. После этого при форми­ ровании ТЗ на проектирование баллона осуществляются сле­ дующие действия:

выделение из ТЗ на прибор ограничений на габариты бал­ лона и требований по обеспечению размеров рабочей части экрана, а также других потребительских параметров (радиусь* скругления углов экрана и т. п.);

выделение из ТЗ на прибор требований к прочностным ха­ рактеристикам баллона в процессе испытаний и эксплуатации (избыточное давление и т. п.);

определение дополнительных требований к прочностным ха­ рактеристикам и ограничений, следующих из условий произ­ водства ЭЛП (технологические процессы формования и отжига деталей баллона, процессы термовакуумной обработки и т. п.);

формирование ТЗ на баллон как совокупности явных тре­ бований ТЗ на прибор, требований, вытекающих из структурной схемы ЭОС, и требований, связанных с учетом влияния техно­ логических процессов и оборудования основного и инструмен­ тального производства.

В результате ТЗ на баллон должно содержать следующие сведения: