Магнитная фокусировка луча

Магнитная фокусировка луча осуществляется магнитным полем, которое созда­ется короткой магнитной катушкой, надеваемой на горловину трубки. В это поле влетает расходящийся пучок электронов, создаваемый электронной пушкой, со­стоящей из катода, модулятора и анода (рис. 10.25, а).

В каждой точке пространства вектор магнитной индукции В и скорость элект­рона v можно разложить на две составляющих: осевые B_z, υ_z и радиальные B_r, υ_t. Предположим, что электрон находится в точке А, тогда соотношение составляющих векторов примет вид, показанный на рис. 10.25, б. В результате взаимодей­ствия составляющей скорости υ_z с составляющей магнитного поля В_r на электрон действует сила Лоренца F, направленная перпендикулярно плоско­сти рисунка (рис. 10.25, в). Под действием этой силы появится азимутальная составляющая скорости υ₁. Эта составляющая взаимодействует с составляющей магнитной индукции B_z, в результате чего возникает сила Лоренца , направленная к оси трубки (рис. 10.25, г), и электрон приобретает радиальную со­ставляющую скорости υ_r При совместном действии азимутальной и радиальной составляющих силы Лоренца электрон движется по спирали с непрерывно умень­шающимся радиусом витка. Существенно то, что чем сильнее отклонился элект­рон от оси трубки, тем больше сила F₂, прижимающая его к оси. Благодаря этому электроны, влетевшие в неоднородное магнитное поле под разными углами, описав сложные траектории, пересекают ось z на одном и том же расстоянии от катушки. Изменяя величину тока, протекающего через фокусирующую катушку, можно добиться того, чтобы траектории всех электронов пересекались в плоско­сти экрана.

Магнитное отклонение луча

Магнитное отклонение луча осуществляется двумя парами отклоняющих кату­шек, расположенных на горловине трубки и создающих однородные магнит­ные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. На рис. 10.26 показано магнитное поле катушки, отклоняющей электрон в вертикальном направлении. В этом случае силовые линии поля с индукцией В_х перпендикулярны плоскости рисунка и направлены к наблюдателю.

В магнитное поле влетают электроны со скоростью v_z, определяемой потенци­алом второго (ускоряющего) анода. Под действием силы Лоренца электрон движется по дуге окружности с радиусом . Покинув поле отклоняющих катушек, электрон движется к экрану по касательной к окружнос­ти и отклоняется от центра экрана на расстоянии h_y = l* tgά. При небольших углах отклонения tgά = l₁ / R. Тогда

Учитывая, что индукция В_х пропорциональна числу ампер-витков I*W отклоняю­щей катушки, получаем

Чувствительность к магнитному отклонению равна отношению величины откло­нения h₄ к току I, протекающему через отклоняющие катушки:

Чувствительность показывает, на сколько миллиметров отклоняется луч на экра­не при токе I = 1 А, и измеряется в миллиметрах на ампер.

Преимущество магнитного отклонения по сравнению с электростатическим за­ключается в меньшей зависимости чувствительности от ускоряющего напряжения и возможности получения больших углов отклонения, что позволяет уменьшить длину трубки. Существенным недостатком магнитного отклонения является боль­шая потребляемая мощность для получения требуемых токов отклонения и боль­шая инерционность из-за значительных собственной емкости и индуктивности. Магнитные отклоняющие системы могут работать на частотах до нескольких десятков килогерц, а электростатические системы отклонения способны работать на частотах до нескольких сотен мегагерц.

Экраны ЭЛП

В большинстве ЭЛП экран представляет собой тонкий непроводящий слой люми­нофора, нанесенного на дно стеклянной колбы. Экран бомбардируется потоком электронов, которые передают часть своей энергии атомам люминофора, вследствие чего валентные электроны переходят на более высокие энергетические уровни в зоне проводимости. При последующем возвращении этих электронов на более низкие энергетические уровни выделяются кванты света, определяющие цвет свече­ния экрана. Часть электронов, оказавшихся на верхних энергетических уровнях, способна покинуть люминофор. Это явление называется вторичной электронной эмиссией. Выбитые из экрана вторичные электроны переходят на аквадаг, имеющий потенциал второго анода. При этом между экраном и вторым анодом устанавли­вается равновесная разность потенциалов, при которой число приходящих на эк­ран электронов равно числу электронов, покидающих его поверхность.

Яркость свечения экрана зависит от скорости, с которой электроны бомбардиру­ют экран, а эта скорость зависит от потенциала экрана U_э, величина которого, в свою очередь, определяется количеством электронов, переходящих с экрана на аквадаг. На рис. 10.27, а показана зависимость коэффициента вторичной элект­ронной эмиссии σ, равного отношению числа выбитых вторичных электронов к числу первичных электронов, бомбардирующих экран, от потенциала экрана U_э. При увеличении U_э растет скорость электронов, бомбардирующих экран, и коли­чество выбитых вторичных электронов, то есть σ растет. При некоторой величи­не U_э коэффициент вторичной электронной эмиссии достигает максимума, затем начинает уменьшаться. Объясняется это тем, что при больших значениях потенциала U_э первичные электроны более глубоко проникают в люминофор, вслед­ствие чего затрудняется выход из него вторичных электронов. На графике зави­симости σ от U_э имеются две точки, в которых σ = 1. Эти точки соответствуют первому (U_кр1)и второму (U_кр2)критическим потенциалам. На рис. 10.27, б пока­зана зависимость потенциала экрана от потенциала второго анода.

Если U_а2 < U_кр1, то σ < 1. При бомбардировке экрана электронами на нем будет накапливаться отрицательный заряд, и его потенциал снизится до нуля. В этом случае исчезнет ускоряющее поле между катодом и экраном и экран перестанет светиться. При U_a2 = U_кр1 коэффициент σ = 1, потенциал экрана становится рав­ным U_кр1 и возникает свечение экрана.

Если U_а2 > U_кр1, то σ > 1. При этом происходит накопление положительного заряда на экране, которое вызывает повышение потенциала экрана. Этот процесс про­должается до тех пор, пока потенциал экрана не станет чуть больше потенциала второго анода. В этом случае число электронов, уходящих с экрана, будет равно числу первичных электронов.

Если U_а2 > U_кр2, то σ < 1. При этом на экране накапливается отрицательный заряд и его потенциал снижается до величины U_кр2. Отсюда следует, что не имеет смысла устанавливать U_а2 > U_кр2, так как скорость электронов, бомбардирующих экран, определяется величиной U_э, а не U_кр2. Поэтому увеличение U_а2 сверх значения U_кр2 не приведет к повышению яркости свечения экрана.

 

Для того чтобы повысить яркость свечения экрана, поверхность люминофора со стороны луча покрывают алюминиевой пленкой толщиной около 1 мкм и соеди­няют ее с графитовым покрытием, нанесенным на внутреннюю поверхность кол­бы. В этом случае потенциал экрана принудительно поддерживается равным по­тенциалу второго анода, и накопления заряда на экране не происходит.

Основными параметрами экрана являются яркость свечения, светоотдача, дли­тельность послесвечения и разрешающая способность.

Яркость свечения определяется силой света, излучаемого в направлении, перпен­дикулярном светящейся поверхности площадью в один квадратный метр. Изме­ряется она в канделах на квадратный метр [Кд/м²] и зависит от плотности тока электронного луча j, которая может изменяться путем изменения напряжения на модуляторе электронной пушки. Кроме того, она зависит от потенциала экра­на U_э. Яркость свечения определяется соотношением

Здесь A, т — коэффициенты, определяемые типом люминофора;

U_o — минимальный потенциал экрана, при котором возникает свечение люми­нофора.

Яркость современных кинескопов составляет 120-150 Кд/м².

Светоотдача определяет силу света в канделах, излучаемую люминофором пер­пендикулярно поверхности экрана, при мощности луча Р_эл, равной 1 Вт. Она зависит от типа люминофора, его толщины, ускоряющего напряжения, плотности тока и других факторов. Светоотдача характеризует КПД люминофора. Не вся кинетическая энергия первичных электронов превращается в энергию види­мого излучения, часть ее расходуется на нагрев экрана, вторичную электронную эмиссию электронов, излучение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазо­нах спектра. Величина светоотдачи лежит в пределах от 0,1 до 15 Кд/Вт.

Длительность послесвечения — интервал времени, в течение которого наблюдается свечение экрана после прекращения возбуждения экрана. Все экраны подразде­ляются на экраны с очень коротким (менее 10^-5 с), коротким (10^-5-10^-2 с), сред­ним (10^-1-10^-1 с), длительным (10^-1-16с) и очень длительным (более 16 с) пос­лесвечением. В осциллографических трубках применяют экраны с коротким и очень коротким послесвечением, в кинескопах применяют экраны со средним пос­лесвечением, в радиолокационных индикаторах применяют экраны с длительным послесвечением. Длительность послесвечения определяется типом люминофора.

Разрешающая способность оценивается числом отдельно различимых светящих­ся точек, приходящихся на 1см² поверхности экрана, или линий, приходящихся на 1 см высоты экрана. Она определяется диаметром луча. Разрешающая способ­ность тем выше, чем меньше ток луча и больше ускоряющее напряжение.