Формирование електронних пучків. 
Магнітні фокусирующие линзы

Кабардино-Балкарский Державний університет ім. Б. М Бербекова.

Курсова робота з курсу вакуумної і плазмової физики.

На тему:

Формування електронних пучков.

Магнітні фокусирующие линзы.

Виконав: Мостный А.С.

Студент 3 курсу ФМиКТ.

ТТЭ 2 группа.

Перевірив: Аккизов Ю.А.

Нальчик.

1.1.

Класифікація электроннолучевых приборов Электроннолучевыми приладами називаються электровакуумные прилади, дію яких засноване на її формуванні та управлінні з інтенсивності і за становищем одним більш електронними пучками. Попри велика різноманітність електронно-променевих приладів, як у влаштуванню, і за призначенням, між ними є багато спільного. Так, електронно-променевої прилад завжди містить у балоні три основних елемента: електронний прожектор, яка формує електронний пучок, чи промінь, отклоняющую приймач електронів — екран чи систему електродів електронного комутатори. Якщо основу класифікації електронно-променевих приладів покласти найбільш суттєвий преосвітній ознака, то ми все ці прилади можна розділити чотирма группы:

1. Прилади, змінюють електричний сигнал в зображення — нерідні электронно-лучевые трубки: індикаторні і осциллографические трубки, кінескопи та інші. 2. Прилади, змінюють зображення у електричний сигнал — передають электронно-лучевые трубки 3. Прилади, змінюють електричний сигнал в електричний сигнал — потенциалоскопы, электронно-лучевые комутатори. 4. Прилади, змінюють невидиме зображення у зображення видиме — электроннооптический перетворювач, електронний микроскоп.

1.2.

Пристрій і принцип дії трубки з електростатичним управлением Осциллографическая електронно-променеве трубка є скляний балон спеціальної форми, у якому створено високий вакуум. У ньому розташовані електроди, здійснюють формування електронного потоку в вигляді тонкого електронного променя. І електроди, управляючі цим променем. Сукупність електродів, формують електронний промінь, називається електронним прожектором. Він зазвичай складається з катода До, модулятора М, першого А1 та другого А2 анодів. Найчастіше застосовують оксидные чи камерні подогревные катоди, виконані вигляді скляночки, яка має активна область розташований зовнішньої поверхні дна (Рис1.).

Модулятор переважно служить зміни щільності струму електронного променя. До модулятору підводиться невеличкий отриц-льный потенціал, регульований не більше від нуля до -30 вольт. Електронний потік формується лише рахунок електронів, минулих через діафрагму діаметром близько 1 мм. Отже, електрони, вектор початковій швидкості яких значно збочує з нормальний до катода, не проходять через діафрагму й у формуванні електронного променя не беруть участь. Попередньої фокусуванню електронного потоку сприяє невеличкий негативний потенціал, проведений до управляючому электроду. Зміна цього потенціалу призводить до зміни траєкторії електронів, і за більш негативному потенціалі електрони, раніше що проходили по периферії діафрагми, відбиваються, а щільність електронного потоку зменшується. Далі за осі трубки розташовуються ще два циліндра — не перший і другий аноди. Перший анод А1, з під позитивним потенціалом в кілька сотень вольт, прискорює рухомий від катода потік електронів. Ко другому аноду А2 підводиться напруга, що досягає у деяких электроннолучевых приладах десятків кіловольт, і потік електронів залишає другий анод з досить високої швидкістю. Крім прискорення електронів, призначення анодів полягає у формуванні вузького електронного пучка — фокусировании електронного потоку. У результаті відмінності потенціалів катода, модулятора, першого і другого анодів у просторі з-поміж них створюються неоднорідні електричні поля — електронні лінзи. Конфігурація електродів та його потенціали підбираються в такий спосіб, що все система утворює дві електростатичні лінзи: першу — між модулятором і який пришвидшує електродом і другу — між який пришвидшує электром і другим анодом. Проходячи через ці лінзи, електрони утворюють вузький сходитися перед екраном пучок — електронний промінь. Система електродів кріпиться на траверсах і утворить єдиний пристрій, зване електронної гарматою. Коли з електронної гармати, електронний промінь потрапляє у систему отклоняющих пластин, що служить для управління становищем променя у просторі: Х — пластини викривляють електронний промінь горизонтальної площині, У — пластини — в вертикальної. На внутрішню стінку опуклого торця трубки завдають люмінофорречовина, світну при бомбардуванню електронами, яке разом з склом бані утворюють екран Еге. З допомогою отклоняющих пластин електронний промінь то, можливо направлений у будь-який пункт екрана. У цьому, якщо становище променя зафисиксировано, з зовнішнього боку екрана через скло проглядається світну пляма, що має малі розміри і умовно можна вважати світної точкою. Щоб під впливом електронного променя екран не нагромаджував електростатичних зарядів, коефіцієнт вторинної електронної емісії люмінофору роблять близькими до одиниці? =1. Для видалення вторинних електронів на внутрішню бічну поверхню балона завдають токопроводящее графітове покриття, яке всередині балона з'єднують з іншим анодом. Усі електроди електронного прожектора зазвичай харчуються від джерела з допомогою дільника напруги. У другий анод, соединённый з внутрішнім графітовим покриттям, подають напруга кілька кіловольт, перший анод — кілька сотень, на модулятор — мінус кілька десятків вольт (все щодо катода). Оскільки другий анод сполучається з внутрішнім графітовим покриттям, геометричні розміри якого великі, то тут для того щоб між графічним покриттям і оператором не виникло паразитних електричних полів, які впливають електронний промінь, в осциллографических трубках виявляється доцільним заземлении не мінуса, а плюси джерела харчування. Якщо напруга на отклоняющих пластинах змінюються, то електронний промінь, отже, і світну пляма на екрані переміщаються, описуючи траєкторію відповідно до зміною напруги на отклоняющих пластинах може візуально спостерігатися на екрані электроннолучевой трубки. Діаметр світного плями і товщина лінії руху променя тим менше, що краще сфокусований електронний промінь. Яскравість світіння екрана залежить від кількості бомбардирующих їх у одиницю часу електронів і південь від швидкості їх руху. Яскравість світіння можна змінювати, регулюючи напруга на модуляторе і, отже, змінюючи щільність струму електронного променя, і навіть рахунок швидкість руху електронів, що визначається напругою другою аноде.

1.3.

Электростатическая фокусування електронного луча.

При відповідної формі електродів прожектора і різниці потенціалів з-поміж них створюється таке неоднорідне електричне полі, яке прискорює електрони променя убік екрану й одночасно виробляє його фокусування. Фокусування електронного променя виробляється двічі: в точках F1 і F2. Це свідчить про про наявність у електронному прожекторе двох электроннооптических систем: короткофокусной з фокусом у точці F1 (утворюється катодом, модулятором й першим анодом) і длиннофокусной з фокусом у точці F2, що у площині екрана (утворюється перших вражень і другим анодами). Принцип дії обох систем цілком однаковий, тому досить розглянути дію лише однієї, наприклад длиннофокусной системи. На малюнку 2а) показано неоднорідне електричне полі, виникає всередині прожектора між перших вражень і другим анодами за умови Ua>Ua1. На малюнку 2б), виділено лише однієї електрична силова лінія і підтверджено траєкторія електрона, отклоняющегося від осі під невеликим кутом і зустрічається з силовий лінією у точці А. У цьому точці вектор напруженості електричного поля Є розкласти на горизонтальну Ег і вертикальну Єв складові. Відповідно до співвідношенню Ег буде прискорювати електрон убік екрана, а Єв буде притискати його до осі, тобто здійснювати фокусировку.

0 .

При повторній зустрічі електрона з цим силовий лінією у точці У Ег поколишньому триватиме нею ускоряющее дію, а Єв буде сприяти расфокусировке. Але вертикальна складова у точці У менше, ніж у точці Оскільки електрон вилітає з неоднорідного електронного електричного поля, притиснутим до осі. З іншого боку, у районі точки У вона має велику швидкість, ніж у районі точки Тож отклоняющая сила впливає на електрон менший проміжок часу. Отже, фокусирующее дію неоднорідного електричного поля виявляється переважним. Аналогічно діє світловий промінь оптична система, що складається з збірною і рассеивающей лінз за умови, що оптична сила яка щороку збирає лінзи більше рассеивающей (рис.2в)).

2.1.

Магнітні фокусирующие линзы Задача перетворення потоку електронів на тоненький електронний промінь, у якого в площині екрана мінімальним поперечним перерізом і величезною щільністю струму, вирішується питання з допомогою електростатичних і магнітних лінз, утворених спеціальними електродами, складовими фокусирующую систему электроннолучевой трубки. Далі розглядатиметься магнітні линзы.

2.2.

Типи магнітних лінз. Форма поля була в магнітних линзах Длинная магнітна лінза є просто однорідне магнітне полі, паралельно якому спрямована вісь фокусируемого розбіжного пучка електронів. Довга лінза дає пряме зображення об'єкта, багаторазово повторювана однакові відстанях, причому як об'єкт, і його зображення лежать всередині поля. Довга магнітна лінза мало справляє враження оптичні і електростатичні електронні лінзи: вона переломлює променів, паралельних полю, і, отже, немає ні фокусів, ні головних крапок і не здатна родити ні збільшеного, ні зменшеного зображення. Велике застосування мають магнітні лінзи, освічені неоднорідним аксиальносимметричным полем. На рис. 3 дано меридианные перерізу деяких магнітних лінз цього і форма силових ліній в меридіанній плоскости.

[pic].

простейшая, але занадто вже слабка магнітна лінза — це кільцевої струм. Напруженість поля на осі кільцевого струму радіуса R, як і дуже показати, з закону Био-Савара, виражається формулой.

[pic] де [pic] - напруженість поля була в центрі кільцевого струму, тобто там, де вона має максимальне значення, і Z — відстань від площині струму. Поле на осі короткій котушки без заліза, якщо її внутрішній радіус багато більше товщини оболонки, наближено можна визначити за тією ж формулі, вважаючи у ній [pic], де [pic]- число витків котушки, а R середній її радіус. Для збільшення оптичної сили лінзи треба збільшити [pic] і стискати полі осьовому напрямі. Це досягається з допомогою оболонки з ферромагнетика — магнітного екрана (рис. 3, б й у) часто постаченого кільцевими полюсными наконечниками (рис. 3, г).

2.3.

Механізм фокусування в магнітної линзе Из картини силових ліній видно, що у значній своїй частині поля лінзи радіальна складова поля [pic] і поздовжня [pic]- величини одного порядку. Нехай електрон, який із точки Про на вісь z в точку А, має швидкість [pic] (рис.4).

[pic] Силу, діючу на електрон, можна подати як суму двох сил: Frz — сили, діючої із боку радіальної слагающей поля Hr на електрон, має швидкість Vr. Напрям обох сил однаково, але внаслідок параксиальности електронних променів Vz>>Vr и.

[pic] Під впливом сили [pic] електрон отримує швидкість, перпендикулярну до меридіанній площині. Дія подовжньої складової поля [pic]на електрон, має швидкість [pic], дає «фокусирующую» силу [pic], спрямовану убік осі. Аж по середини лінзи напрям сили [pic] не змінюється від і швидкість [pic] росте. У другій половині лінзи [pic] і із нею [pic] змінюють напрям. Швидкість [pic] починає убувати і до часу відбуття з лінзи звертається до нуль, ніде не змінюючи свого знака. Електрон виходить із лінзи на другий меридиальной площині по зміненому напрямку і далі, рухаючись прямолінійно, перетинає вісь у точці Про. Якщо полі лінзи слабко, то, звісно, може бути, що промені і після виходу з лінзи залишаться що розходяться — у разі вісь перетнуть продовження променів. З іншого боку, при сильному полі електрон всередині лінзи встигне кілька разів перетнути ось.

2.4.

Магнітна отклоняющая система.

Управління просторовим становищем променя здійснюється з допомогою електричних (электростатическая отклоняющая система) і магнітних (магнітна отклоняющая система) полів, а управління щільністю струму — з допомогою електричних полів. Электронно-лучевые прилади йдуть на отримання видимого зображення електричних сигналів, і навіть для запам’ятовування (зберігання) сигналов.

Отклоняющая система служить керувати становищем променя в просторі. У трубках з магнітним управлінням отклоняющая система полягає з цих двох пар отклоняющих катушек.

Магнітна отклоняющая система зазвичай містить пари котушок, надеваемых на горловину трубки й утворюють магнітні поля у взаємно перпендикулярних напрямах. Розглянемо відхилення електрона магнітним полем однієї пари котушок, вважаючи, що полі обмежена діаметром котушки й у цьому просторі однорідний. На мал.1 силові лінії магнітного поля зображені які йдуть від глядача перпендикулярно площині креслення. Електрон з початковій швидкістю V0 рухається у магнітному полі, вектор індукції B якого нормальний до вектору швидкості V0, навкруг з радиусом.

[pic].

По виході з магнітного поля електрон продовжує рух щодо дотичній для її криволінійної траєкторії у точці виходу з поля. Він відхилиться від осі трубки певну величину z = L tg (. При малих кутках ((tg (; z (L (.

Розмір центрального кута (= s/r (l1/r, де p. s — крива, через яку рухається електрон на полі У. Підставляючи сюди значення r, получаем:

Отже, відхилення електрона равно:

Висловлюючи швидкість V0 електрона через напруга на аноді, получаем:

З огляду на, що індукція магнітного поля пропорційна числу ампервитків wI, можна записать:

2.5.

Конструкція отклоняющих катушек.

Отклоняющие котушки з феромагнітними сердечниками дозволяють збільшити щільність потоку магнітних силових ліній у необхідному просторі. Котушки з феромагнітними сердечниками застосовуються лише за низькочастотних отклоняющих сигнали, оскільки зі збільшенням частоти отклоняющего напруги зростають втрати у сердечнику. У телеі радіолокаційних електронно-променевих трубках зазвичай застосовуються отклоняющие котушки без сердечника. Намагаючись дістати більш однорідне магнітне полі, краю котушки отгибают, а на саму котушку вигинають формою горловини трубки. Витки в котушці розподіляють нерівномірно: Кількість витків берегах зазвичай, у 2 — 3 рази більше, ніж у середині. Для зменшення поля розсіювання котушки без сердечника зазвичай полягають у сталевої экран.

2.6.

Переваги й недоліки електростатичної і магнітної систем отклонения.

Відхилення променя магнітним полем меншою мірою залежить від швидкості електрона, ніж для електростатичної системи відхилення. Тому магнітна отклоняющая система застосовується в трубках з великим анодним потенціалом, необхідним отримання великий яскравості світіння экрана.

До вад магнітних отклоняющих систем слід віднести неможливість їх використання за отклоняющих напругах із частотою більш 10 — 20 кГц, тоді як звичайні трубки з електростатичним відхиленням мають верхній частотний межа порядку десятків мегагерц і більше. Крім того, споживання магнітними отклоняющими котушками значного струму вимагає застосування потужне джерело питания.

Перевагою магнітної отклоняющей системи є його зовнішнє щодо электроннолучевой трубки розташування, що дозволяє застосовувати які працюють навколо осі трубки, отклоняющие системы.

3.1.

Використана литература:

1. В. И. Гапонов «Електроніка». «Физматгиз» 1960 р. 2. В. Н. Дулин «Електронні прилади». «Енергія» 1969 р. 3. Л. Н. Бочаров «Електронні прилади». «Енергія» 1979 г.

1.1 Класифікація електронно-променевих приладів. 1.2 Пристрій і принцип дії трубки з електростатичним управлінням. 1.3 Электростатическая фокусування електронного променя. 2.1 Магнітні фокусирующие лінзи. 2.2 Типи магнітних лінз. Форма поля була в магнітних лінзах. 2.3 Механізм фокусування в магнітної лінзі. 2.4 Магнітна отклоняющая система. 2.5 Конструкція отклоняющих котушок. 2.6 Переваги й недоліки електростатичної і магнітної систем відхилення. 3.1 Використана литература.

———————————;

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].