книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

ваться с помощью спенсеров с пазами, базирующихся на колонках или штифтах оправки. При сборке временных систем применяют также вкладыш, воспроизво­ дящий номинальный внутренний контур пластин или только начальный и конеч­ ный участки этого контура. Ширина пазов на спейсерах должна превышать ма­ ксимальную толщину пластины хотя бы по посадке скольжения. Допуск на толщину материала в сумме с уменьшением толщины при техиохимичеокой обра­ ботке деталей достигает 10 15 % от номинала. Отсюда разность размеров паза в спейсере и толщины пластины может быть в реальных случаях более

0,1 мм.

В арматурах на четырех штабиках плоскость симметрии отклоняющих си­ стем расположена под углом 45° к направлению посадки штабиков, а поскольку посадка осуществляется последовательно, на каждую пластину в момент посад­ ки действуют силы, суммарный результат которых зависит от нескольких факто­ ров: величины зазора в пазах спейсера, ширины лластии, разности в длине пар­ ных пластин (в пределах допуска), усилия осевого обжатия пакета электродов в оправке и от температуры штабика в момент посадки. Кроме того, возможна упругая деформация держателей пластин, величина которой зависит от дейст­ вующих усилий в момент посадки и от конфигурации держателей. В результате после снятия арматуры с оправки положение отклоняющих пластин может отли­ чаться от заданного.

Описанный способ сборки предъявляет жесткие требования к толщине отклоняющих пластин, что технологически весьма слож­ но и не оправданно. Следует «освободить» пластины от функций, не связанных с их основным назначением, перенося их на оснаст­ ку. Базой для установки пластин должна быть ее рабочая поверх­ ность или ее участки и поверхность вкладыша, или внутренние бортики пазов в точно ориентированных спейсерах, а в оправке должно быть устройство, обеспечивающее регулируемый или упругий прижим пластин к базовым поверхностям, исключающий влияние разброса их толщины. Такие конструкции с успехом при­ меняются в производстве некоторых приборов. Выбор толщины материала пластин в этом случае определяется только требова­ ниями к жесткости детали, обеспечивающей сохранение ее формы.

Представляет интерес конструктивное решение, при котором сигнальная отклоняющая система монтируется на несущих изоля­ торах в виде отдельной сборочной единицы. Показанные на рис. 4.13 варианты сборки систем для высокочастотных ЭЛП при­ менимы и для сборки систем низкочастотных приборов с непре­ рывными пластинами.

Центрирующие элементы арматуры. Арматура приборов лю­ бых типов обязательно содержит помимо совокупности ФЭ конст­ руктивные элементы, обеспечивающие ее закрепление на ножке, центрирование и фиксацию в горловине, электроконтактные эле­ менты для соединения с токопроводящим покрытием и для связи с выводами. Участвующие в построении арматуры конструктивные элементы — электроды и вспомогательные детали — выбираются

Рнс. 4.13. Сигнальная отклоняющая система как отдельная сборочная единица (показаны два варианта)

Рис. 4.14. Варианты конструкций центрирующих пружин

из числа унифицированных и типовых или конструируются вновь в соответствии с требованиями принципиальной схемы и техниче­ ским заданием на ЭЛП.

Требования к точности фиксации арматуры ЭОС в горловине баллона усложняются требованиями к прибору по устойчивости к внешним механическим (вибрационным и ударным) воздействи­ ям. При этом разброс внутреннего диаметра стеклянных цилинд­ ров, применяемых для горловин, вносит дополнительные требова­ ния к конструкции центрирующих устройств.

Упругие элементы приборов изготавливаются из дисперсионнотвердеющих сплавов, например марок 36НХТЮ и 36НХТЮМ, со­ храняющих свои характеристики при воздействии повышенной температуры [80]. Характерные конструкции контактных и цент­ рирующих пружин показаны на рис. 4.14. Концы пружин, контак­ тирующих со стеклом или с токопроводящим покрытием на стек­ ле, оформляются сферическими или каплевидными пуклями, ис­ ключающими механическое повреждение токопроводящих покрытий и поверхности стекла.

Выбор конструкции и размеры пружин определяются при кон­ струировании прибора и проверяются экспериментально с целью исключения резонансных колебаний арматуры в заданном диапа­ зоне частот. Простейшие консольные пружины (рис. 4.14,а, б) применяются в арматурах небольшой длины и монтируются, как правило, на последнем электроде. Для более жесткой центровки широко применяются различные варианты многолепестковых пру­ жин (рис. 4.14,в, г), выполняемых на ленте, отрезки которой охватывают цилиндрическую часть электрода или монтируются на специальных кольцевых держателях. Такие пружины, особенно с короткими жесткими лепестками, как и многолепестковые двупле­ чие пружины с продольным расположением элементов на ленте

[81] (рис. 4.14,5), более эффективны в цилиндрах с малым раз­ бросом внутреннего диаметра. Многоплечие ленточные пружины (рис. 4.14,е) дают жесткую фиксацию арматуры в калиброванных цилиндрах с отклонением по диаметру не более 0,3 мм.

Конструкция деталей, несущих пружины, зависит от принци­ пиальной схемы ЭОС. В системах, где последний электрод арма­ туры находится под одним потенциалом с экраном и связан с ним электрически через внутреннее токопроводящее покрытие, этот электрод имеет цилиндрическую часть или фланец с размерами, близкими к внутреннему диаметру горловины, а центрирующие пружины крепятся к нему по окружности. Характерным примером такой конструкции является узел сведения ЭОС цветных кинеско­ пов. Значительно сложнее конструкция ЭОС с электростатическим отклонением луча. В этом случае выходная часть арматуры завер­ шается временной отклоняющей системой или электродами СПУ. Для размещения консольных центрирующих пружин, как правило, используются диафрагмы, разделяющие сигнальную и временную системы, причем пружины крепятся симметрично между штабиками. Применение ленточных пружин требует введения переходных деталей в виде колец, которые должны весьма точно центрировать­ ся на диафрагме или держателях, чтобы обеспечить соосность арматуры с горловиной. Возможно также крепление ленточных пружин непосредственно на юбке оконечного электрода арматуры, имеющего достаточно большую цилиндрическую часть.

Механическая прочность и жесткость арматуры определяется конструкцией электродов, в частности формой держателей. В ар­ матуре, состоящей из большого числа электродов, требования к держателям разных деталей неодинаковы. Необходимо обеспечить надежное закрепление на концах штабиков кронштейнов для по­ садки арматуры на ножку, держателей первых и последних элек­ тродов в системе, отклоняющих пластин и других деталей, фикси­ руемых только на одном или двух штабиках. Держатели осталь­ ных электродов должны обеспечить необходимую жесткость их фиксации, минимально ослабляя штабик, и могут иметь простую форму и малое сечение.

В стремлении повысить устойчивость арматуры к вибрацион­ ным и ударным воздействиям в ряде случаев излишне усиливают электроды и их крепление, вводят дополнительные центрирующие элементы, чем перегружают конструкцию, делая ее более трудоем­ кой и сложной в монтаже. При этом в понятие жесткости конст­ рукции зачастую включается и устойчивость к излишним воздей­ ствиям при сборке и монтаже прибора, что недопустимо. При кон­ струировании арматуры и выборе технологических приемов сборки следует исключать саму возможность нарушения взаимного рас­ положения электродов, вызванного причинами, связанными с тех­ нологией сборки и термовакуумной обработки прибора.

Наиболее чувствительной к таким воздействиям является ар­ матура из диафрагм и чашеобразных электродов с держателями на фланцах (независимо от числа несущих изоляторов), что объ­ ясняется следующим. Арматура фиксируется на ножке держате­ лями— кронштейнами, через которые одновременно осуществля­ ется соединение электродов со штырьками ножки. Другие штырь­ ки соединяются с электродами достаточно жесткими выводами, чтобы исключить межэлектродные замыкания. Вставление арма­ туры на ножке в горловину баллона требует приложения к ножке значительного осевого усилия, величина которого зависит от жест­ кости центрирующих пружин и размеров данной горловины. Уси­ лие вставления через держатели и выводы передается на штабики и электроды, причем малейшее изменение направления прила­ гаемого усилия может вызвать эффект «шарнирной лестницы», так как жесткость держателей электродов на изгиб незначительна.

Характерным примером попытки компенсировать недостатки технологии за счет конструкции является введение в арматуру дополнительных элементов центровки в зоне ее посадки на ножку. При сборке прибора необходимо совместить ось арматуры с осью горловины баллона и зафиксировать их для обеспечения попада­ ния луча в центр экрана, а для многолучевых ЭОС и приборов с электростатическим отклонением необходима и точная ориента­ ция арматуры относительно осей экрана. На внешней поверхности прибора элементами ориентации являются базовые точки балло­ на или оси экрана (шкалы) и штырьки ножки, причем их положе­ ние относительно осей экрана оговаривается техническими усло­ виями на ЭЛП.

Поэтому при сборке арматуры с ножкой, а затем при вставле­ нии их в горловину эти элементы должны быть базовыми. После фиксации арматуры на ножке относительно штырьков она снима­ ется с оправки и выполняется дальнейший монтаж соединений и установка деталей, входящих в арматуру. При этом также не должно возникать механических воздействий на конструкцию, мо­ гущих нарушить взаимное расположение элементов. Собранная на ножке арматура ориентируется по штырькам и вставляется в бал­ лон, в свою очередь ориентированный по экрану и горловине.

После заварки ножки в горловине арматуру можно рассматривать как консольную балку, свободный конец которой через упругий элемент соприкасается с несущим ее стеклянным цилиндром, а при. неупругом закреплении конца арматуры в горловине система имеет вид жестко заделанной балки. Закрепление арматуры на ножке по всем соединениям представляет собой неопределенную, систему, которая не может рассматриваться ни как абсолютно, жесткая, ни тем более как шарнирная или упругая заделка.

При механических воздействиях на ножку или арматуру воз­ никают непредсказуемые и неоцениваемые по величине и направ­ лению постоянные и переменные местные нагрузки как на штырьки и бусы ножки, так и на держатели в местах их заделки в штабики и сварки со штырьками. Это является причиной больших мест­ ных напряжений, вызывающих растрескивание и разрушение стекла.

Дополнительные центрирующие пружины являются искусст­ венно вводимым излишним источником постоянной нагрузки, на­ правленной перпендикулярно оси прибора и прилагаемой в одном направлении к элементам сопряжения ножки с арматурой. Прн этом возрастают требования к осевой жесткости этих элементов, так как с введением второй пружины усилия для вставления ар­ матуры в горловину значительно возрастают.

Для повышения жесткости арматуры нежелательно компоно­ вать ее только из диафрагм (даже в ущерб унификации деталей). При построении арматуры из чашечных электродов с фланцами для повышения жесткости вводятся дополнительные держатели (рис. 4.15). Наличие в арматуре электродов с широкими держате­ лями, расположенными вдоль штабиков, также повышает ее жест­ кость. Однако только конструктивными решениями, повышающими жесткость арматуры, исключить вероятность ее деформации нель­ зя: необходимо предусмотреть соответствующие технологические приемы, исключающие излишние воздействия на арматуру.

Чрезвычайно интересно техническое решение системы центров­ ки с коническим сопряжением арматуры и горловины, хорошо за­ рекомендовавшее себя в ряде конструкции [82]. Эта центров­ ка полностью исключает возможность какого-либо смещения ар­ матуры в горловине при любых внешних воздействиях и обеспе­ чивает точность ее положения вдоль оси прибора. В процессе калибровки цилиндра для горловины или на готовом цилиндре в- заданном месте выполняется коническая перетяжка, как показано на рис. 4.16. Угол наклона конуса выбирается от 5 до 8°. При дли­ не конической части в пределах 10.мм и наклоне 8° высота обра­ зующейся ступеньки не превышает 1,4 мм. Такое уменьшение внутреннего диаметра горловины не препятствует прохождению электродов арматуры.

На одном из электродов или на специальном держателе за­ крепляется центрирующая деталь, представляющая, собой кольцо»

Рис. 4.15. Арматура ЭОС на двух штабиках с разными вариантами расположения дополнительных держателей для повыше­

ния жесткости

Рис. 4.16. Центрирование арматуры по конической перетяжке на горловине:

1— горловина; 2 — коническое упругое кольцо на арматуре

(желательно из упругого материала) с разрезной конической частью, угол наклона которой соответствует углу конуса на гор­ ловине. При сборке прибора арматура на ножке вводится в гор­ ловину до сопряжения кольца с конусом, после чего производится заварка ножки. Для более жесткого сопряжения конус на горло­ вине может быть матирован. При необходимости электрического соединения электрода с внутренним токопроводящим покрытием оно доводится до конической части. Одним из преимуществ опи­ санной конструкции является то, что при сборке прибора исклю­ чается необходимость предварительного вставления арматуры на ножке в горловину, где в традиционной конструкции она держится, на пружинах. Арматура на ножке ставится непосредственно в све­ чу заварочного станка и без усилия вводится в предварительно ориентированный по экрану баллон.

4.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассматривая арматуру как материальное воплощение оснонной части принципиальной схемы ЭОС, следует подчеркнуть, что независимо от типа ЭЛП и его назначения арматура обязательно содержит функциональные элементы, общие для всех или. для! многих типов приборов, например электронную пушку (ЭП)'. В приборах с магнитной фокусировкой и отклонением пучка это единственный электростатический ФЭ. В этом случае, а также во многих приборах ранних разработок, в том числе и в черно-белых

ния деталей и сборки элементов конструкции арматуры позволяет вернуться к таким решениям в связи с целесообразностью упро­

щения монтажных операций, а также с целью регенерации слож­ ных л трудоемких конструкций.

'В приборах с электростатической фокусировкой и магнитным отклонением луча, куда входят наиболее массовые кинескопы, индикаторные ЭЛП, а также в некоторых приборах с магнитными Ф0С и предварительной электростатической фокусировкой следу­ ющим за ЭП обязательным ФЭ является фокусирующая система (одна или несколько электронных линз). При этом в зависимости ■от принципиальной схемы между ЭП и фокусирующей системой может быть эквипотенциальное пространство некоторой протяжен­ ности, в котором при необходимости помещается вырезывающая диафрагма. Это пространство формируется в арматуре одним или несколькими электродами. Фокусировка пучка обычно обеспечи­ вается одиночной или иммерсионной линзой, но возможно сочета­ ние нескольких линз — осесимметричных или астигматичных. В простейшем случае иммерсионная линза образуется последним электродом в арматуре и электродом, выполненным в виде токо­ проводящего покрытия на внутренней поверхности горловины бал­ лона (рис. 4.17).

Приборы с полностью электростатическим управлением (осщиллографические, запоминающие, функциональные и т. п.) содер­ жат отклоняющие системы, находящиеся непосредственно за фокусирующей системой. За отклоняющими системами при необ­ ходимости монтируется СПУ, представляющая собой ФЭ, в кото­ ром в качестве одного из электродов почти всегда используется токопроводящее покрытие на внутренней поверхности конуса или горловины баллона.

При детальном рассмотрении конструкции арматуры наиболее характерным элементом следует считать электронную пушку, по­ скольку она входит в состав любого ЭЛП, а требования по точ­ ности изготовления ее деталей и сборки арматуры являются наи- *более жесткими. Поэтому приемы конструирования других ФЭ, кроме отклоняющих систем, практически не имеют отличительных ^особенностей.

(Одним из основных элементов пушки является модулятор, ко­ торый с точки зрения электронной оптики представляет собой тон-

Рис. 4.17. Иммерсионная фокусирующая линза миниатюрного кинескопа:

/ — фокусирующий электрод арматуры; 2— высоковольт­ ный электрод, образованный токопроводящим покрытием иа горловине

кую диафрагму с рабочим отверстием. При описании конструкций здесь и далее модулятором называется деталь или сборочная еди­ ница, которая кроме собственно модулятора может содержатьэлементы фиксации катода и держатели для сочленения в арматуре.

Модулятор и смежные электроды как элементы электронной: оптики оцениваются прежде всего в связи с параметрами системы,, формирующей электронный пучок. Связь геометрии пушки с ее электронно-оптическими характеристиками подробно рассмотрена

в[39]. Значительное влияние на эти характеристики оказывает конструкция, а также технология изготовления и сборки армату­ ры. Известно, что важнейший путь улучшения характеристик пуч­ ка заключается в уменьшении размерных параметров пушки при:: заданном значении запирающего напряжения [39]. Однако конст­ рукция, материалы электродов и технологические приемы их об­ работки ограничивают возможность уменьшения размеров и не позволяют достигнуть необходимой точности и стабильности: уменьшенных размеров.

Всовременных приемных ЭЛП размеры элементов ЭП лежат:

вследующих пределах (в мм):

Нижние пределы приведенных размеров ограничены возможно­ стями традиционной технологии. Для расстояния катод — модуля­ тор ограничение связано с удлинением торцевых катодов и тепло­ вой деформацией модулятора (см. § 1.2). Опыт производства показывает, что при меньших расстояниях не исключена возмож­ ность замыкания катода с модулятором в процессе термовакуум­ ной обработки прибора. Уменьшение этого расстояния возможно при исключении деформации модулятора и применении «горизон­ тальных» катодов, удлинение которых не влияет на межэлектрод­ ный промежуток.

Минимальная толщина диафрагмы модулятора определяется: способом ее изготовления. В простейшем случае берется материал: с номинальной толщиной 0,2 мм, а после изготовления партий деталей проводится селективная разбраковка по толщине в зоне отверстия на группы через одну или две сотых миллиметра в пре­ делах 0,16...0,2 мм. Такая технология целесообразна только при? крупносерийном и массовом производстве унифицированной дета­ ли для приборов различных типов.

Популярна конструкция модулятора с утонением диафрагмы? в зоне отверстия. При исходной толщине материала 0,25... 0,3 мюутонение, получаемое деформацией металла или резанием, имеет

минимальную толщину около 0,15 мм. Конструкция модулятора с утонением более устойчива к температурным воздействиям, име­ ет хороший теплоотвод и может использоваться в сочетании с КПУ различных типов. Попытки получить более тонкие модуля­ торы сборной конструкции с использованием фольги толщиной до 0,1 мм, привариваемой к толстой несущей диафрагме, не имели успеха из-за коробления в зоне отверстия (неравномерный тепло­ отвод). Перспективными являются разработки новых технологиче­ ских приемов изготовления диафрагм с утонением в зоне отвер­ стия до 0,1 мм на основе гальванопластики и лазерной технологии. Представляет интерес идея конструкции модулятора на основе диэлектрика с напыленным слоем металла заданной толщины.

Диапазон размеров отверстий в диафрагмах практически не имеет ограничений, и его нижняя граница зависит исключительно от способа обработки детали. Традиционная технология пробивки отверстий на штампах ограничивает диаметр отверстий стойкостью инструмента и толщиной материала диафрагмы. Практически от­ верстия менее 0,5 мм на штампах не пробиваются, а для получе­ ния отверстий меньших размеров широко применяется электроэрозионная прошивка. Достоинством этой технологии является возможность прошивки за одну операцию соосных отверстий в не­ скольких электродах, объединенных в арматуру. Отверстия раз­ меров, меньших 0,2 мм, получают с помощью ионной и лазерной технологии.

Поскольку структурная и принципиальные схемы оговаривают ограничения на радиальные размеры электродов, проектирование ЭП, как и остальных ФЭ, входящих в арматуру, должно начинаться с определения принципа компоновки арматуры, вида и чис­ ла несущих изоляторов, а исходя из этого — внешнего контура электродов. Затем выбирается конструкция модулятора в сочета­ нии с принятым типом КПУ (который подбирается при структур­ ном проектировании на основе требований ТЗ). В модуляторе принципиальной схемой ЭП задаются форма, размеры рабочего отверстия и толщина диафрагмы, а также форма и размеры по­ верхностей, по которым базируется КПУ.

Для сопряжения с КПУ, имеющими круглый изолятор, тради­ ционной и широко применяемой формой модулятора является ча­ шеобразный электрод (рис. 4.18,а), дно которого служит собст­ венно модулятором, а в цилиндрической части монтируется и за­ крепляется катод. На внешней поверхности цилиндрической части модулятора крепятся держатели. Достоинством такой конструк­ ции является ее простота и технологичность. В зависимости от технологических возможностей и требований принципиальной схемы в зоне отверстия делается утонение. К недостаткам следует отнести возможность деформации дна как во время термовакуум­ ной обработки, так и в процессе эксплуатации, что является одной из причин изменения токовых характеристик и запирающего на-