- Фокусирующие системы в электронно-лучевых приборах.
Для формирования электронного луча в трубках используют электронные линзы. Линза – устройство, создающее аксиально-симметричное неоднородное или магнитное поле.
Линза-диафрагма образуется диафрагмой с круглым отверстием.
В области диафрагмы вдоль оси Z будет иметь место провисание эквипотенциалей из области с большей напряженностью поля в область в меньшей напряженностью. Следовательно, в области диафрагмы образуется электронная линза. В этой линзе U²(Z)>0 свидетельствует о том, что линза собирающая.
Второй возможный случай соответствует рассеивающей электронной линзе.
Выражение для фокусного расстояния линзы-диафрагмы может быть представлено в виде:
,
где U¢(b) – напряженность поля справа;
U¢(a) – напряженность поля слева;
Uд – потенциал диафрагмы;
f - фокусное расстояние.
Распределение потенциала вдоль оси Z определяется следующим выражением:
,
где Е1 и Е2 – значения напряженности полей слева и справа от диафрагмы.
Иммерсионная линза образуется двумя диафрагмами или цилиндрами с разными потенциалами. Между электродами, образующими линзу и имеющими различные потенциалы U1 и U2, образуется аксиально-симметричное поле, являющееся электронной линзой. Очевидно, здесь также возможны два случая, а именно: потенциал U2 > U1, и второй случай, когда U2 < U1.
Симметричная линза образуется различными комбинациями из трех диафрагм и цилиндров. Потенциалы крайних электродов линзы равны. Симметричная линза, как и иммерсионная, всегда является собирающей. Симметричные линзы чаще всего используются в режиме, когда U2 < U1.
Симметричная линза широко применяется в электронно-лучевых трубках в качестве главной (формирующей) линзы. На рис. представлена схема электронно-оптической системы, состоящей из электронной пушки (иммерсионного объектива) и симметричной линзы.
Все электроды электронно-оптической системы трубки обычно питаются от одного общего источника. Яркость пятна на экране трубки изменяется путем регулировки отрицательного напряжения на управляющем электроде. Фокусировка луча регулируется путем изменения напряжения на первом аноде. На второй анод и ускоряющий электрод подается полное напряжение источника U0.
Показанная на рис. фокусирующая система обладает тем преимуществом, что изменение потенциала первого анода не приводит к изменению тока катода благодаря экранирующему действию ускоряющего электрода.
Кроме электростатической системы фокусировки луча в электронно-лучевых приборах применяются магнитные линзы. Магнитные поля, обладающие осевой симметрией, так же как и аксиально-симметричные электрические поля, являются электронными линзами. Такое аксиально-симметричное магнитное поле может быть создано катушкой, обтекаемой током.
, где Ua – ускоряющее напряжение;
Bz – распределение магнитной индукции вдоль оси Z.
Это уравнение считается основным уравнением электронной оптики магнитных полей.
Фокусное расстояние такой магнитной линзы рассчитывается по формуле:
.
Угол поворота траектории определяется по выражению:
.
Для получения короткофокусной линзы катушку помещают в магнитный панцирь с узкой кольцевой щелью.
Магнитное поле концентрируется в области щели, и продольный размер линзы резко сокращается.
Выражение для ампер-витков катушки с железным панцирем можно определить по формуле:
, где К – коэффициент, учитывающий наличие панциря;
f - фокусное расстояние линзы.
На рисунке показана схема электронно-оптической системы с магнитной линзой.
Фокусное расстояние магнитной линзы можно плавно изменять, изменяя величину тока, проходящего по катушке. Магнитная линза проектирует на экран трубки область скрещения пучка. Формула линзы имеет вид:
.
Магнитные линзы имеют меньшую сферическую аберрацию и позволяют получить меньший размер пятна и больший ток пучка. Однако магнитные линзы громоздки, имеют больший вес, потребляют большую мощность, чем электростатические системы фокусировки.
