Магнитные электронно-лучевые трубки

Магнитные электронно-лучевые трубки, т. е. ЭЛТ с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением луча, получили большое распространение, в частности, в качестве приемных телевизионных трубок (кинескопов) и индикаторных трубок радиолокаторов. Так как фокусирующая и отклоняющая системы в виде катушек находятся снаружи трубок, конструкция магнитных трубок проще, нежели электростатических (рис. 20.17). Электронный прожектор имеет катод, модулятор и анод. Иногда анодом является проводящий слой. В некоторых трубках между анодом и управляющим электродом есть еще экранирующий электрод, на который подается постоянное положительное напряжение в несколько сотен вольт. Питание прожектора осуществляется так же, как в электростатической трубке, но при этом не требуется регулировки анодного напряжения для целей фокусировки.

Расходящийся поток электронов подается из прожектора в магнитное поле фокусирующей катушки ФК, которая питается постоянным током. На рисунке она показана в разрезе. Возможна магнитная фокусировка длинной или короткой катушкой. В первом случае поток электронов проходит однородное магнитное поле внутри длинной катушки (рис. 20.18) и электронные траектории являются винтовыми линиями. Если электроны выходят из точки Б на оси катушки, то после каждого оборота они снова пересекут ось, т. е. сфокусируются в точках Б ₁, Б ₂ и т. д. Это показывают проекции траекторий на плоскость, перпендикулярную оси катушки. Они являются окружностями, выходящими из точки Б и возвращающимися в эту же точку. (На рисунке показаны траектории только двух электронов.)

Рис. 20.18. Фокусировка длинной катушкой

Рис. 20.19. Фокусировка короткой катушкой

Фокусировка длинной катушкой встречается в некоторых специальных электронных приборах. В ЭЛТ применяют неоднородное магнитное поле короткой катушки — в качестве короткой магнитной линзы (рис. 20.19). Движение электронов в таком поле сложно, и мы рассмотрим его приближенно. Разделим поле на две половины (I и II) плоскостью, проходящей через середину катушки перпендикулярно ее оси. По обе стороны от этой плоскости магнитная индукция убывает вдоль оси катушки. Когда из точки Б в первую половину поля входит расходящийся поток электронов, то их траектории искривляются. В однородном поле траектории были бы винтовыми линиями, но в данном случае вследствие неоднородности поля они более сложны.

В первой половине поля магнитная индукция возрастает. Поэтому искривление траекторий усиливается и становится наибольшим на границе областей I и II. Далее магнитная индукция убывает и искривление траекторий ослабевает. Когда электроны выходят за пределы поля, они продолжают свой путь по инерции — по прямым линиям, которые пересекают ось трубки в точке Б ₁. Как видно, электроны летят по сложным пространственным кривым, которые условно можно назвать винтовыми линиями с переменным радиусом. Чтобы лучше представить себе траекторию электрона, на рис. 20.19 даны проекции траектории на три взаимно перпендикулярные плоскости. Так как скорость электронов велика, то эти траектории являются лишь небольшой частью одного оборота винтовой линии.

Для усиления действия фокусирующую катушку помещают в экран, или панцирь, из мягкой стали (рис. 20.20). Тогда магнитная индукция увеличивается.

Магнитодвижущая сила фокусирующей катушки, необходимая для фокусировки, приближенно определяется по формуле

F _M = I w ≈ 240√(U _a d / l), (20.9)

где d — средний диаметр катушки, см; l — расстояние от катушки до экрана, см; U _a — напряжение анода, кВ; w — число витков катушки; I — ток, А.

Обычно число витков составляет несколько сотен или тысяч. Например, при I = 0,1 A, d = 6 см, l =18 см и U _a = 3 кВ магнитодвижущая сила

F _M = 240 √ 3 • 6/18 = 240 А и w = 240/0,1 = = 2400.

Рис. 20.20. Фокусирующие катушки в стальном панцире с широкой (а) и узкой (б) щелью

Рис. 20.21. Отклонение электронного луча в магнитном поле катушек

При стальном панцире требуется значительно меньшее число витков. Правильная фокусировка достигается регулировкой тока в катушке с помощью переменного резистора. Направление тока в фокусирующей катушке не играет роли. Вместо фокусирующей катушки иногда применяют постоянный магнит в виде кольца с регулировкой фокусировки передвижением магнита вдоль трубки или перемещением магнитного шунта, ответвляющего часть магнитного потока.

Для магнитного отклонения электронного луча служат две пары отклоняющих катушек, расположенные под прямым углом друг к другу. На рис. 20.17 для упрощения показана только одна пара катушек L _x с вертикально направленным вектором поля. Это поле отклоняет луч по горизонтали. Другая пара катушек L _y создает поле с горизонтально направленным вектором магнитной индукции и отклоняет луч пр вертикали.

Если считать приближенно, что поле каждой пары катушек внутри трубки однородно, то электроны в этом поле движутся по дуге окружности с центром в точке О, а выйдя из поля,— по прямой линии (рис. 20.21). Электронный луч получает угловое отклонение α, и светящееся пятно на экране смещается на расстояние у. Чувствительностью магнитной трубки можно назвать отношение отклонения светящегося пятна на экране к намагничивающей силе, вызвавшей это отклонение:

S _y = y / F _y = y /(I _y w _y); (20.10) аналогичная формула есть и для S _x.

У современных трубок чувствительность не превышает десятых долей миллиметра на ампер. Она зависит от конструкции трубки и отклоняющих катушек, а также от режима трубки. Эта зависимость имеет вид

S _y = γ l / √ U _a, (20.11)

где l — расстояние от оси катушки до экрана, мм, а коэффициент γ, характеризующий конструкцию отклоняющих катушек, обычно равен (0,1-0,2) В^1/2/А.

Например, если γ = 0,15, l = 200 мм и U _a = 2500 В, то S _y = 0,15 • 200/√2500 = 0,6 мм/А.

Коэффициент γ для данного типа отклоняющих катушек может быть определен на опыте. Находят S _y по формуле (20.10), а затем, зная l и U _a, определяют γ из формулы (20.11).

Чувствительность магнитных трубок меньше зависит от анодного напряжения (U _a под знаком корня), нежели у электростатических. Не следует сравнивать чувствительность электростатических и магнитных ЭЛТ, так как она выражается в различных единицах.

Для усиления магнитного поля применяют замкнутые сердечники из мягкой стали или других ферромагнитных материалов. На более высоких частотах сердечники обычно не применяют и делают катушки специальной формы. Они охватывают трубку и создают более однородное поле. Для уменьшения магнитного рассеяния катушки помещают в ферромагнитный экран.

В прошлом магнитная фокусировка давала лучшие результаты, нежели электростатическая. Но в современных трубках электростатическая фокусировка по качеству не уступает магнитной. Сравним обе системы.

Электростатическая фокусировка экономична, так как не требуется мощности на создание тока в фокусирующей катушке. При магнитном же отклонении источники, питающие отклоняющие катушки, должны иметь довольно большую мощность. Но зато магнитное отклонение позволяет упростить конструкцию трубки (поскольку фокусирующая катушка или фокусирующий магнит устанавливается снаружи трубки, а не монтируется внутри в вакууме) и дает возможность отклонять луч на очень большие углы. Это приводит к значительному уменьшению длины трубок даже при больших размерах экрана. При магнитном отклонении отсутствуют также рассмотренные искажения изображений. Следует, однако, отметить, что индуктивность отклоняющих катушек увеличивает инерционность процесса отклонения, и поэтому магнитная отклоняющая система не может хорошо работать на очень высоких частотах. Кроме того, входное сопротивление отклоняющих катушек мало на низких частотах, а на высоких частотах оно снижается из-за влияния собственной емкости катушек. А входное сопротивление электростатической отклоняющей системы достаточно велико даже на высоких частотах.

Дата добавления: 2014-01-05