Формирование электронных пучков. Магнитные фокусирующие линзы (стр. 2 из 2)
Далее будет рассматриваться магнитные линзы.
2.2
Типы магнитных линз. Форма поля в магнитных линзах
Длинная магнитная линза представляет собой просто однородное магнитное поле, параллельно которому направлена ось фокусируемого расходящегося пучка электронов. Длинная линза даёт прямое изображение объекта, многократно повторяющееся на равных расстояниях, причём как объект, так и его изображение лежат внутри поля. Длинная магнитная линза мало похожа на оптические и электростатические электронные линзы: она не преломляет лучей, параллельных полю, и, значит, не имеет ни фокусов, ни главных точек и не может давать ни увеличенного, ни уменьшенного изображения.
Обширное применение имеют магнитные линзы, образованные неоднородным аксиальносимметричным полем. На рис. 3 даны меридианные сечения некоторых магнитных линз этого класса и форма силовых линий в меридианной плоскости.
простейшая, но очень слабая магнитная линза – это кольцевой ток. Напряжённость поля на оси кольцевого тока радиуса R, как можно очень показать, исходя из закона Био-Савара, выражается формулой
где
- напряженность поля в центре кольцевого тока, то есть там, где она имеет максимальное значение, и Z – расстояние от плоскости тока. Поле на оси короткой катушки без железа, если её внутренний радиус много больше толщины оболочки, приближенно можно вычислить по той же формуле, полагая в ней 
, где 
- число витков катушки, а R средний её радиус. Для увеличения оптической силы линзы нужно увеличить 
и сжимать поле в осевом направлении. Это достигается с помощью оболочки из ферромагнетика – магнитного экрана (рис.3, б и в) часто снабженного кольцевыми полюсными наконечниками (рис.3, г).2.3
Механизм фокусировки в магнитной линзе
Из картины силовых линий видно, что на значительной части поля линзы радиальная составляющая поля
и продольная 
- величины одного порядка. Пусть электрон, вышедший из точки О на ось z в точку А, имеет скорость 
(рис.4). 
Силу, действующую на электрон, можно представить как сумму двух сил: Frz – силы, действующей со стороны радиальной слагающей поля Hr на электрон, имеющий скорость Vr. Направление обеих сил одинаково, но вследствие параксиальности электронных лучей Vz>>Vr и
Под действием силы
электрон получает скорость, перпендикулярную к меридианной плоскости. Действие продольной составляющей поля на электрон, имеющий скорость 
, даёт «фокусирующую» силу 
, направленную в сторону оси. Вплоть до середины линзы направление силы не меняется и скорость растёт. Во второй половине линзы и вместе с ней меняют направление. Скорость начинает убывать и к моменту выхода из линзы обращается в нуль, нигде не меняя своего знака. Электрон выходит из линзы в другой меридиальной плоскости по измененному направлению и дальше, двигаясь прямолинейно, пересекает ось в точке О.Если поле линзы слабо, то, конечно, может оказаться, что лучи и после выхода из линзы останутся расходящимися – в этом случае ось пересекут продолжения лучей. С другой стороны, при сильном поле электрон внутри линзы успеет несколько раз пересечь ось.
2.4
Управление пространственным положением луча осуществляется с помощью электрических (электростатическая отклоняющая система) и магнитных (магнитная отклоняющая система) полей, а управление плотностью тока – с помощью электрических полей. Электронно-лучевые приборы используются для получения видимого изображения электрических сигналов, а также для
запоминания (хранения) сигналов.
Отклоняющая система служит для управления положением луча в пространстве. В трубках с магнитным управлением отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих катушек.
Магнитная отклоняющая система обычно содержит две пары катушек, надеваемых на горловину трубки и образующих магнитные поля во взаимно перпендикулярных направлениях. Рассмотрим отклонение электрона магнитным полем одной пары катушек, считая, что поле ограничено диаметром катушки и в этом пространстве однородно. На рис.1 силовые линии магнитного поля изображены уходящими от зрителя перпендикулярно плоскости чертежа. Электрон с начальной скоростью V0 движется в магнитном поле, вектор индукции B которого нормален к вектору скорости V0, по окружности с радиусом
 |
По выходе из магнитного поля электрон продолжает движение по касательной к его криволинейной траектории в точке выхода из поля. Он отклонится от оси трубки на некоторую величину z = L tga. При малых углах a » tg a; z » La.
 |
Величина центрального угла a = s/r » l1/r, где s – кривая, по которой движется электрон в поле В. Подставляя сюда значение r, получаем:
 |
Таким образом, отклонение электрона равно:
Выражая скорость V0 электрона через напряжение на аноде, получаем:
 |
 |
Учитывая, что индукция магнитного поля пропорциональна числу ампер-витков wI, можно записать:
2.5
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.
2.6
Достоинства и недостатки электростатической и магнитной систем отклонения.
Отклонение луча магнитным полем в меньшей степени зависит от скорости электрона, чем для электростатической системы отклонения. Поэтому магнитная отклоняющая система находит применение в трубках с высоким анодным потенциалом, необходимым для получения большой яркости свечения экрана.
К недостаткам магнитных отклоняющих систем следует отнести невозможность их использования при отклоняющих напряжениях с частотой более 10 – 20 кГц, в то время как обычные трубки с электростатическим отклонением имеют верхний частотный предел порядка десятков мегагерц и больше. Кроме того, потребление магнитными отклоняющими катушками значительного тока требует применения мощных источников питания.
Достоинством магнитной отклоняющей системы является ее внешнее относительно электроннолучевой трубки расположение, что позволяет применять вращающиеся вокруг оси трубки, отклоняющие системы.
3.1
1. В.И.Гапонов “Электроника”. «Физматгиз» 1960г.
2. В.Н.Дулин “Электронные приборы”. «Энергия» 1969г.
3. Л.Н.Бочаров “Электронные приборы”. «Энергия» 1979г.
1.1 Классификация электронно-лучевых приборов.
1.2 Устройство и принцип действия трубки с электростатическим управлением.
1.3 Электростатическая фокусировка электронного луча.
2.1 Магнитные фокусирующие линзы.
2.2 Типы магнитных линз. Форма поля в магнитных линзах.
2.3 Механизм фокусировки в магнитной линзе.
2.4 Магнитная отклоняющая система.
2.5 Конструкция отклоняющих катушек.
2.6 Достоинства и недостатки электростатической и магнитной систем отклонения.
3.1 Использованная литература.