Движение электронов - отклоняющие системы ЭЛТ (стр. 2 из 4)

Осциллографические трубки относятся к трубкам с электростатическими отклонениями луча. Условное графическое обозначение осциллографической трубки приведено на рис. 2.

Рис. 2. Обозначение осциллографической электронно-лучевой трубки

Рассмотрим ее устройство. Катод К представляет собой, как обычно, полый цилиндр, но с одним донышком. Оксидный слой нанесен только на это донышко, которым катод обращен внутри трубки. Далее установлен управляющий электрод или модулятор М, который выполнен в виде цилиндра с донышком, в котором имеется отверстие. На модулятор подается отрицательное напряжение относительно катода, которым отталкиваются к оси трубки электроны, вылетающие из катода под углом. Через отверстие в донышке модулятора походят лишь те электроны, которые находятся на оси. Модулятор также выполняет функции управляющей сетки: с увеличением отрицательного напряжения интенсивность выходящего из отверстия электронного потока уменьшается и при определенном отрицательном напряжении полностью прекращаются. Такое напряжение называется запирающим.

За модулятором установлен первый анод 1а, который подается относительно катода положительное напряжение. Конфигурация электрического поля в пространстве между модулятором и первым анодом имеет форму линзы. Этим полем осуществляется фокусировка электронного пучка, благодаря которой он приобретает форму спицы. Первый анод выполнен в виде полого цилиндра модулятора диаметром больше, чем диаметр цилиндра модулятора. Изменяя напряжение на первом аноде, можно осуществлять фокусировку электронного пучка. Далее следует второй анод 2а, который является ускоряющим электродом. Он также выполнен в виде полого цилиндра.

Основная часть электронов в пучке, разогнавшись до большой скорости, не попадает на стенки второго анода, а пролетает по его оси. На второй анод подается высокое напряжение, необходимое для придания электронам в пучке большой скорости. Комплект перечисленных электродов трубки (катод с подогревателем, модулятор, первый и второй аноды) образует электронный прожектор или электронную пушку и выполняется в виде жесткого единого узла, собранного на слюдяных пластиках, с использованием керамических цилиндрических изоляторов.

Далее на пути электронного пучка установлены две пары отклоняющих пластин ОП. Средний потенциал отклоняющихся пластин равен потенциалу второго анода и не должен воздействовать на электронный пучок. Но если между пластинами пары имеется напряжение, пучок отклоняется от оси трубки в сторону более положительной пластины. Одна пара пластин расположена вертикально, может отклонять электронный пучок в горизонтальном направлении и называется горизонтально – отклоняющей. Вторая пара пластин расположена горизонтально и называется вертикально – отклоняющей. Пройдя мимо системы отклоняющих пластин, электронный луч попадает на экран Э, покрытый слоем специального вещества, которое называется люминофором. Под воздействием электронной бомбардировки происходит свечение люминофора, наблюдаемое с внешней стороны экрана. В связи с тем, что бомбардировка люминофора, покрытого тонким слоем металла, сопровождается вторичной электронной эмиссией, коническая часть колбы трубки покрыта графитовым слоем (аквадагом) и соединяется со вторым анодом. Вторичные электроны удавливаются аквадагом и образуют ток второго анода.

Конструкция отклоняющих катушек. Отклоняющие катушки с ферромагнитными сердечниками позволяют увеличить плотность потока магнитных силовых линий в необходимом пространстве. Катушки с ферромагнитными сердечниками применяются только при низкочастотных отклоняющих сигналах, так как с увеличением частоты отклоняющего напряжения возрастают потери в сердечнике. В телевизионных и радиолокационных электронно-лучевых трубках обычно применяются отклоняющие катушки без сердечника. Стремясь получить более однородное магнитное поле, края катушки отгибают, а саму катушку изгибают по форме горловины трубки. Витки в катушке распределяют неравномерно: Число витков на краях обычно в 2 – 3 раза больше, чем в середине. Для уменьшения поля рассеяния катушки без сердечника обычно заключаются в стальной экран.

Системы с последовательно складывающимися потоками обычно не имеют внутренних ферромагнитных сердечников и образуются катушками, непосредственно прилегающими к горловине трубки. Катушкам придают седлообразную форму, так что витки намотки облегают горловину трубки. Края катушек отгибаются наружу для уменьшения полей рассеяния за пределами отклоняющей системы. Катушки иногда собирают из отдельных секций для уменьшения распределенной емкости.Такие системы обычно заключаются в цилиндрический экран из ферромагнетика, через который замыкаются магнитные силовые линии, выходящие с наружных сторон катушек. Отогнутые края катушек располагаются вне экрана. Магнитопровод в такой системе находится снаружи катушек, поэтому системы с последовательно складывающимися потоками, имеющие ферромагнитный экран, часто называют системами с внешним магнитопроводом.

Рис. 4. Магнитная отклоняющая система с внутренним магнитопроводом-а — внешний вид; б — разрез; / — магнитопровод; 2 — катушки горизонтального отклонения; 3 — катушки вертикального отклонения; 4—пластмассовые гильзы

Рис. 5. Секционированные отклоняющие катушки

Системы с внешним магнитопроводом достаточно экономичны, компактны и при правильно выбранных геометрических соотношениях позволяют получать достаточно большие углы отклонения при сохранении линейности и сравнительно небольшом нарушении фокусировки луча. Системы с инешним магнитопроводом получили широкое распространение как отклоняющие системы кинескопов.

Коснтрукция электростатическихотклоняющих пластин.

Очевидно, максимально возможное отклоняющее действие электостатическое поле будет оказывать на электронный луч тогда, когда во всей области отклонения сила, действующая на электрон, будет перпендикулярна к направлению его оптимальной формы движения. Такая идеальная электростатическая система образуется двумя изогнутыми пластинами, причем на входе луча расстояние между пластинами может быть равным диаметру электронного луча.

При максимальном угле отклонения луч как-бы скользит по поверхности пластины, не задевая ее. Так как проводящая пластина являются эквипотенциальной поверхностью, ортогональные к ней силовые линии поля всюду направлены перпендикулярно к электронному лучу, т. е. обеспечивается указанное выше максимально возможное отклоняющее действие.

Аналитический расчет показывает, что кривая, по которой должны быть изогнуты такие оптимальные отклоняющие пластины, описывается экспоненциальной функцией. Центр отклонения луча в этом случае не совпадает с серединой системы, а несколько смещен в сторону входного края пластины. Чувствительность по отклонению рассматриваемой системы при одинаковых габаритах примерно в два раза выше, чем у системы, образованной плоско-параллельными пластинами.

Рис. Однократно-изломанные отклоняющие пластины, близкие к оптимальным (пунктиром)

Несмотря на высокую чувствительность, системы, образованные оптимальными изогнутыми пластинами, не получили распространения главным образом из-за трудности точного изготовления и сборки. Идеальная отклоняющая система нетехнологична особенно при серийном производстве. Однако, если заменить плавную кривую, описывающую контур оптимальной пластины, ломаной, состоящей из нескольких отрезков прямых, так, чтобы углы излома лежали на оптимальной кривой, можно создать достаточно удобную в изготовлении и сборке отклоняющую систему, почти не уступающую по чувствительности идеальной системе. Конечно, чем ближе ломаная к оптимальной, кривой, т. е.чем больше углов излома имеют пластины, тем ближе чувствительность к оптимальной. С другой стороны, чем меньше изломов имеют пластины, тем технологичнее система. Расчет и экспериментальная проверка показывают, что уже при одном изломе чувствительность системы довольно близка к идеальной. Поэтому широкое распространение получили отклоняющие системы, образованные однократно-изломанными пластинами.

5. Используемые материалы

Повышение экономичности отклонения, а следовательно, и выигрыш в чувствительности при прочих равных условиях можно получить, применяя магнитопроводы из ферромагнитных материалов, концентрирующих магнитную энергию. Поэтому в тех случаях, когда отклоняющие системы работают на сравнительно низких частотах, катушки обычно имеют ферромагнитные сердечники и экраны. Катушки систем с параллельно складывающимися потоками надеваются на сердечник,-изготовленный из высококачественного магнитномягкогр материала.

6. Основные характеристики приборов

Независимо от типа и конструктивных особенностей к отклоняющим системам обычно предъявляются следующие требования:

1) система должна обладать достаточно большой чувствительностью по отклонению, т. е. отклонение луча на заданную величину (угла или линейного смещения в плоскости приемника) должно происходить при возможно малой величине отклоняющего фактора — напряжения или тока;

2) система должна быть линеиной, т. е. отклонение луча (смещение в плоскости приемника) должно быть пропорционально величине отклоняющего фактора при любых допустимых для данного прибора величинах угла отклонения или в любой части поверхности экрана;