Главная | Обратная связь

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫМ ПОТОКОМ

НА ПРИМЕРЕ ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКОЙ

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ТРУБКИ

 

Цель работы

Изучить возможности управления током электронного пучка, его фокусировки и отклонения.

 

Общие положения

Процессы управления электронным потоком удобно изучать на примере работы осциллографической электронно-лучевой трубки (ОЭЛТ), которая используется для исследования взаимной зависимости между физическими величинами, преобразованными в электрические сигналы. Для наблюдения эта зависимость отображается на люминесцентном экране, который возбуждается электронным пучком. Если этот электронный пучок отклонять по оси Y на величину, пропорциональную напряжению сигнала, соответствующего какой-то физической величине, а по оси Х пучок отклонять на величину, пропорциональную времени, то на экране ЭЛТ появится картина, изображающая зависимость физической величины от времени.

Из описания действия ОЭЛТ ясно, что она должна состоять из источника электронов, системы линз, формирующих электронный пучок, называемой электронно-оптической системой (ЭОС), отклоняющей системы (ОС) и люминесцентного экрана (Э).

Источник электронов в ОЭЛТ, как правило, – подогревной оксидный катод, ЭОС и ОС – электростатические, так как для осциллографа очень важными параметрами являются вес и габариты.

Электронно-оптическая система ОЭЛТ состоит из иммерсионного объектива, фокусирующей системы и системы послеускорения, выполненных на основе осесимметричного электрического поля. Отклоняющая система ОЭЛТ, представляет собой две пары X- и Y-пластин с однородным электрическим полем.

Любое осесимметричное поле является электронной линзой и способно создать изображение с помощью параксиальных (приосевых) электронных лучей. Однородное электрическое поле, напротив, никогда не может создать линзу, а траектория электрона в таком поле – парабола.

Оптическая сила любой электронной линзы определяется выражением

(1)

где аb – участок, на котором сосредоточено электрическое поле; U(z), U² ( ) – распределение потенциала в линзе на оси и его вторая производная соответственно; U_b – потенциал на выходе линзы на оси.

Электронная линза может быть собирающей (1/f > 0) и рассеивающей (1/f < 0). Из (1) видно, что знак линзы определяется знаком U² (z). Следовательно, при рассмотрении действия линзы необходимо прежде всего найти U² (z). Для примера рассмотрим одиночную линзу (линзу, в которой потенциал на входе и выходе один и тот же), выполненную из трех цилиндров (рис. 1) при
U₁ < U₂.

Из рис. 1 видно, что крайние участки линзы обеспечивают рассеивающее поле (U² (z) < 0), а средний участок – собирающее (U² (z) > 0). Однако общее действие одиночной линзы всегда собирающее, так как собирающий участок электроны проходят всегда с меньшими скоростями

. (2)

Это отражено в (1): оптическая сила определяется не только U² (z), но и U(z), причем чем больше U(z), тем меньше действие линзы.

Иммерсионный объектив (комбинация термокатода и электронной линзы – диафрагмы) состоит из катода (К), модулятора (М) и ускоряющего электрода (УЭ). Назначение иммерсионного объектива – формировать электронный пучок, ускорять электроны в пучке, управлять током катода (изменять яркость пятна на экране) и создавать кроссовер (Кр) – искусственный объект малого размера, формируемый обычно вблизи плоскости модулятора (рис. 2). Кроссовер создается с целью уменьшения диаметра пятна на экране.

 

 

z   z   z   z     z

 

Рис. 1. Поле в одиночной линзе.

Распределение потенциала на оси и его производных.

Световая аналогия

 

Рис. 2. Схема исследуемой осциллографической

ЭЛТ на примере 13ЛО37И и траектории периферийных

электронов в пучке

Фокусирующая система исследуемой ОЭЛТ (например, IЗЛО37И) сконструирована на основе одиночной линзы, образованной ускоряющим электродом (УЭ), первым и вторым анодами (А₁, А₂). Одиночная линза по своему действию – собирающая, поэтому она преобразует расходящийся от кроссовера пучок электронов в сходящийся, фокусирует его на экран (Э). Диаметр пятна на экране (Øпэ) в первом приближении определяется диаметром кроссовера (Øкр) и коэффициентом увеличения ЭОС (М) при оптимальной фокусировке:

Øпэ Øкр М . (3)

Коэффициент увеличения в ЭОС с одиночной линзой:

, (4)

где V – расстояние между главной плоскостью фокусирующей линзы (Н) и плоскостью изображения (плоскостью пересечения луча с осью системы); W – расстояние между главной плоскостью линзы и кроссовером (рис. 3).

Рис. 3. Траектории периферийных электронов в ОЭЛТ

 

На рис. 3 показаны траектории периферийных электронов от катода до экрана, экстраполированные в виде двух отрезков прямых. Излом траектории подразумевается в главной плоскости линзы. На рисунке приняты следующие обозначения: K_р – плоскость кроссовера (лежит примерно в плоскости модулятора); Н – главная плоскость фокусирующей линзы (для одиночной линзы расположена примерно в середине); Э – плоскость экрана; τ – радиус вырезывающей диафрагмы – апертура линзы. В качестве примера в таблице приведены некоторые параметры ОЭЛТ типа 13ЛО37И.