книги / Проектирование электронно-лучевых приборов

дуг концентрических окружностей. Такие линзы интересны преж­

оптическими свойствами линзы, включая величину и знак сфе­ рической аберрации, которые зависят от соотношения между потенциалами на электродах линзы, положения объекта и радиу­ сов кривизны образующей электродов [13].

Возможной областью применения трансаксиальных линз яв­ ляются системы послеускорения осциллографических ЭЛП (см., например, [18]). По существу развитием и усложнением транс­ аксиальной линзы можно считать и систему послеускорения [19], где высоковольтный электрод образован токопроводящим покрытием на внутренней поверхности баллона, а низковольт­ ный электрод выполнен в виде цилиндра с выпуклым дном, в котором имеется щелевой вырез сложной формы (рис. 1.15).

Как отмечалось ранее, осесимметричные линзы имеют малую оптическую силу и неустранимую сферическую аберрацию. Квадрупольные линзы ограничивают возможности сокращения дли­ ны ЭЛП и сложны в изготовлении и сборке. Скрещенные линзы просты конструктивно и позволяют получать поля с осесиммет­ ричными и квадрупольиыми составляющими для коррекции аберраций, но не допускают регулирования соотношений состав­ ляющих поля электрическим путем. В [20] сообщается о созда­ нии бипланарных электронных линз. Электроды таких линз ле­ жат в двух взаимно параллельных плоскостях, расположенных симметрично относительно оси системы. В каждой плоскости размещено минимум по три электрода симметрично плоскости, перпендикулярной плоскостям расположения электродов и про­ ходящей через ось системы. Схема дублета одиночных линз (из трех пар электродов каждая) показана на рис. 1.16,а. Легко видеть, что бипланарная линза образуется, если одну пару пря­ молинейных электродов квадрупольной линзы (рис. 1.16,6) раз­ делить на две части и развернуть эти части до совмещения с плоскостями расположения второй пары электродов (рис. 1.16,в). Бипланарные линзы обладают возможностью смены положения собирающей и рассеивающей плоскостей, причем сферическая аберрация линзы может регулироваться изменением потенциа­ лов на ее электродах.

Применение таких линз в ЭЛП представляется перспектив­ ным при условии решения конструкторских и технологических задач, связанных с изготовлением электродов и выводов от них, совмещением бипланарных линз с обычными ФЭ и т. п. Резуль­ таты исследования бипланарных линз приведены в [20, 21].

Отклоняющие системы. Выполнение основной функции прием­ ных ЭЛП — преобразование электрического сигнала в видимое изображение невозможно без перемещения электронного пятна

в плоскости люминесцентного экрана, т. е. без управления поло­ жением электронного пучка. В зависимости от назначения ЭЛП отклонение пучка производится по заранее заданному постоян­ ному закону (кинескопы, индикаторные приборы, просвечиваю­ щие, передающие ЭЛП и т. п.) или пропорционально исследуе­ мому сигналу (осциллографические, запоминающие ЭЛП). В большинстве приборов применяются по два отклоняющих уст­ ройства, обеспечивающих смещение электронного пятна во вза­ имно перпендикулярных направлениях. В некоторых индикаторных ЭЛП используется круговая или спиральная развертка, когда одно устройство обеспечивает вращение луча, а второе — его сме­ щение по радиусу.

К отклоняющим системам предъявляется ряд требований, со­ ответствие которым в каждом конкретном случае определяет выбор способа отклонения луча:

отклонение электронного пучка на заданный угол по опре­ деленному закону при минимальной дефокусировке пятна;

линейность отклонения в заданных границах рабочей части экрана;

максимальная чувствительность к отклонению; минимальная межэлектродная емкость (индуктивность) для

обеспечения требуемой частоты развертки.

В ЭЛП в равной мере могут применяться электростатическое и магнитное отклонения, однако области их применения имеют достаточно четкие границы. Для отклонения луча на углы, боль­ шие 20 25°, применяется магнитное отклонение, так как при этом обеспечивается меньший уровень искажений формы пятна по всей рабочей части экрана. Основным недостатком магнит­ ного отклонения является большая потребляемая мощность и ограничение частотного диапазона развертки, однако в кине-

скопах, просвечивающих и фоторегистрирующих приборах, а так­ же в большинстве индикаторных ЭЛП применяется только маг­ нитное отклонение. Поскольку проектирование и производство магнитных отклоняющих систем осуществляются в значительной мере автономно от ЭЛП, причем большинство этих устройств унифицировано (особенно в телевидении), при проектировании ЭЛП с магнитным отклонением имеются две возможности:

проектировать ЭОС и баллон с учетом характеристик и раз­ меров заранее выбранной типовой отклоняющей системы;

проектировать ЭЛП, задавая требования к отклоняющей си­ стеме.

В любом случае проектирование магнитных отклоняющих систем выделяется в отдельную задачу. Теория, расчет и кон­ струирование магнитных устройств для ЭЛП освещены в ряде специальных работ (см., например, [22]) и в дальнейшем не рассматриваются.

Электростатическое отклонение применяется в осциллографических ЭЛП, где доминирующим требованием является высо­ кая чувствительность к отклонению при минимальной нелиней­ ности и частотной полосе пропускания не менее 50 МГц. При этом углы отклонения электростатических отклоняющих систем практически не превышают 12 .. 15° (в силу значительной дефокусировки пятна при дальнейшем увеличении угла). Элек­ тростатические отклоняющие системы (в дальнейшем — просто отклоняющие системы) современных ЭЛП представляют собой результат усовершенствования простейшей пары плоскопарал­ лельных пластин, расположенных симметрично плоскости, про­ ходящей через ось перпендикулярно направлению отклонения.

Необходимость достижения возможно большей чувствитель­ ности к отклонению при минимальных искажениях пучка затруд­ няет применение в ЭЛП (кроме передающих приборов неко­ торых типов) сложных систем с общим центром отклонения и дефлектронов различных схем [22]. Отклоняющие системы в ЭЛП располагаются после фокусирующих линз последователь­ но— сначала сигнальная система (как правило, более чувстви­ тельная), затем — временная система, отделенная от сигнальной разделительной диафрагмой, экранирующей взаимное влияние полей отклонения.

Для достижения наибольшей чувствительности к отклонению профиль отклоняющих пластин должен быть возможно более близок к траектории движения электронов. В проектировании и производстве отклоняющих систем сложилась практика кон­ струирования пластин на основе аппроксимации их профиля отрезками прямых (см. рис. 1.22, позиция 3.2.1). В ЭОС осциллографических, запоминающих и знакопечатающих ЭЛП при­ меняются отклоняющие пластины с одним или двумя изломами. В тех случаях, когда после отклоняющей системы имеется астиг-

в плоскости люминесцентного экрана, т. е. без управления поло­ жением электронного пучка. В зависимости от назначения ЭЛП отклонение пучка производится по заранее заданному постоян­ ному закону (кинескопы, индикаторные приборы, просвечиваю­ щие, передающие ЭЛП и т. п.) или пропорционально исследуе­ мому сигналу (осциллографические, запоминающие ЭЛП). В большинстве приборов применяются по два отклоняющих уст­ ройства, обеспечивающих смещение электронного пятна во вза­ имно перпендикулярных направлениях. В некоторых индикаторных

К отклоняющим системам предъявляется ряд требований, со­ ответствие которым в каждом конкретном случае определяет выбор способа отклонения луча:

отклонение электронного пучка на заданный угол по опре­ деленному закону при минимальной дефокусировке пятна;

линейность отклонения в заданных границах рабочей части экрана;

максимальная чувствительность к отклонению; минимальная межэлектродная емкость (индуктивность) для

обеспечения требуемой частоты развертки.

В ЭЛП в равной мере могут применяться электростатическое и магнитное отклонения, однако области их применения имеют достаточно четкие границы. Для отклонения луча на углы, боль­ шие 20 25°, применяется магнитное отклонение, так как при этом обеспечивается меньший уровень искажений формы пятна по всей рабочей части экрана. Основным недостатком магнит­ ного отклонения является большая потребляемая мощность и ограничение частотного диапазона развертки, однако в кине­

скопах, просвечивающих и фоторегистрирующих приборах, а так­ же в большинстве индикаторных ЭЛП применяется только маг­ нитное отклонение. Поскольку проектирование и производство магнитных отклоняющих систем осуществляются в значительной мере автономно от ЭЛП, причем большинство этих устройств унифицировано (особенно в телевидении), при проектировании ЭЛП с магнитным отклонением имеются две возможности:

проектировать ЭОС и баллон с учетом характеристик и раз­ меров заранее выбранной типовой отклоняющей системы;

проектировать ЭЛП, задавая требования к отклоняющей си­ стеме.

В любом случае проектирование магнитных отклоняющих систем выделяется в отдельную задачу. Теория, расчет и кон­ струирование магнитных устройств для ЭЛП освещены в ряде специальных работ (см., например, [22]) и в дальнейшем не рассматриваются.

Электростатическое отклонение применяется в осциллографических ЭЛП, где доминирующим требованием является высо­ кая чувствительность к отклонению при минимальной нелиней­ ности и частотной полосе пропускания не менее 50 МГц. При этом углы отклонения электростатических отклоняющих систем практически не превышают 12 .. 15° (в силу значительной дефокусировки пятна при дальнейшем увеличении угла). Элек­ тростатические отклоняющие системы (в дальнейшем — просто отклоняющие системы) современных ЭЛП представляют собой результат усовершенствования простейшей пары плоскопарал­ лельных пластин, расположенных симметрично плоскости, про­ ходящей через ось перпендикулярно направлению отклонения.

Необходимость достижения возможно большей чувствитель­ ности к отклонению при минимальных искажениях пучка затруд­ няет применение в ЭЛП (кроме передающих приборов неко» торых типов) сложных систем с общим центром отклонения и дефлектронов различных схем [22]. Отклоняющие системы в ЭЛП располагаются после фокусирующих линз последователь­ но— сначала сигнальная система (как правило, более чувстви­ тельная), затем — временная система, отделенная от сигнальной разделительной диафрагмой, экранирующей взаимное влияние полей отклонения.

Для достижения наибольшей чувствительности к отклонению профиль отклоняющих пластин должен быть возможно более близок к траектории движения электронов. В проектировании и производстве отклоняющих систем сложилась практика кон­ струирования пластин на основе аппроксимации их профиля отрезками прямых (см. рис. 1.22, позиция 3.2.1). В ЭОС осциллографических, запоминающих и знакопечатающих ЭЛП при­ меняются отклоняющие пластины с одним или двумя изломами. В тех случаях, когда после отклоняющей системы имеется астнг-

матичная линза усиления отклонения, обычно приме­ няются короткие плоскопа­ раллельные или слабо рас­ ходящиеся пары пластин с высокой чувствительностью, но малыми углами откло­ нения.

В некоторых осциллограф ических приборах находят примене­ ние так называемые бланкирующие системы (рис. 1.17), распо­ лагаемые в эквипотенциальной зоне между пушкой и фокуси­ рующей линзой. Бланкирующие системы, обладая высокой чув­ ствительностью к отклонению, применяются для имитации запи­

рания пучка вместо управления пучком по модулятору, требующего большего по­ тенциала запирания. Конструктивно бланкирующая система представляет собой две пары плоскопараллельных пластин, расположенных симметрично оси прибора в плоскости временной отклоняющей системы. Электрически пластины системы соединены накрест и один вывод соединен с анодом, а на второй «подается Фланкирующий сигнал. При подаче сигнала любой полярности первая пара пла­ стин отклоняет пучок в одну сторону, а вторая — в противоположную, при этом пучок касается пластины, что приводит к гашению пятна на экране. Соотноше­ ние длины пластин подбирается так, чтобы пятно в процессе гашения не сме­ щалось.

Для высокочастотных приборов применяются так называемые системы «бе­ гущей волны» — спиральные, меандровые и другие виды отклоняющих систем.

Системы послеускорения электронного пучка (СПУ). Выше отмечалось, что при проектировании осциллографических при­ боров существует противоречие между требованиями достижения высокой чувствительности к отклонению и большой яркости свечения экрана. Поиски разрешения этого противоречия при­ вели к созданию способов повышения энергии пучка после вы­ хода из зоны отклонения.

В ранних конструкциях ЭЛП эта задача решалась с помощью систем, обес­ печивающих увеличение яркости при некотором ухудшении чувствительности. Простейшая СПУ образуется при напряжении экрана, большем, че.м средний по­ тенциал отклоняющих систем (соответствующий ускоряющему напряжению). При этом между последним электродом и экраном образуется ускоряющее поле, обладающее свойствами иммерсионной линзы, отклоняющей пучок в направлении оси прибора и увеличивающей размер электронного пятна. Эта система была усо­ вершенствована путем размещения на внутренней поверхности баллона прибора нескольких кольцевых электродов, находящихся под напряжением, последова-

тельно возрастающим от ускоряющего до напряжения экрана (рис. 1.18,а). Такое сочетание кольцевых электродов образует последовательность относительно сла­ бых иммерсионных линз, также сводящих лучок к оси, но обладающих меньшим дефокуснрующим действием. Недостатком такой многоэлектродной СПУ являет­ ся ее низкая технологичность и малая надежность, связанные с необходимостью вварки в баллон отдельных выводов для каждого кольцевого электрода.

Дальнейшим совершенствованием СПУ явилась замена ряда кольцевых электродов непрерывной спиралью из резистивного материала с высоким активным сопротивлением. Один конец спирали соединен с электродом, находящимся под ускоряющим потенциалом и перекрывающим зону отклонения пучка, а вто­ рой— с кольцевым покрытием, находящимся под потенциалом экрана (рис. 1.18,6). Такая система образует «толстую» иммер­ сионную линзу, действие которой также несколько снижает чув­ ствительность, но позволяет обеспечить лучшую фокусировку пуч­ ка. Спиральные СПУ нашли широкое применение в осциллографических приборах, а в ряде случаев, например для неко­ торых типов индикаторных и просвечивающих приборов с магнитным отклонением, являются наиболее приемлемым техниче­ ским решением, позволяющим значительно снизить мощность, потребляемую магнитными отклоняющими системами.

Стремление исключить «провисание» поля послеускорения в зону отклонения пучка привело к введению в спиральную СПУ

сеивающая иммерсионная линза, отклоняющая пучок от оси прибора, т. е. дающая эффект усиления отклонения. Поскольку спираль обладает сводящим действием, компенсирующим дей­ ствие рассеивающей линзы, она была заменена на сплошное токопроводящее покрытие. Сочетание сетчатого электрода с ци­ линдрическим, образованным токопроводящим покрытием на внутренней поверхности баллона, образует так называемую се­

наличием сетки, которая задерживает часть пучка, однако воз­ можность значительного усиления отклонения и сокращения длины прибора, а также исключение утечек в цепи экрана сде­ лало ее популярной в разработках осциллографических ЭЛП. Степень усиления отклонения и связанные с этим характеристики прибора (чувствительность и нелинейность отклонения, геомет­ рические искажения) зависят от формы сетки и ее кривизны при вершине.

Поскольку астигматичные линзы обладают рассеивающими свойствами, они также используются для усиления отклонения. На основе астигматичных линз строятся 'бессеточные системы послеускорения (см., например, [19]), позволяющие достигнуть больших значений чувствительности к отклонению при отсут­

й условий их применения в различных типах приборов одно­ значного ответа на вопрос, какая из рассмотренных схем яв­ ляется лучшей, в настоящее время дать нельзя, поэтому в каж­ дом конкретном случае для выбора схемы СПУ целесообразно* проводить исследование различных вариантов СПУ в соответст­ вии с методикой, изложенной в § 3.6.

1.4. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Набор принципиальных схем функциональных элементов ЭОС, объединенных структурной схемой, представляет собой идеали­ зированное описание важнейшего узла ЭЛП. Для перехода от такого описания к материальному воплощению в конструкции: прибора необходимо разрешить противоречие между требова­

в значительной мере учитываются). Для этого следует рассмот­ реть конструктивные элементы, образующие электроды, совокуп­ ность которых объединяется в арматуру ЭОС.

Основанием для выбора типовых конструкций электродов должна быть их классификация, в основу которой необходимо* положить не только их внешнее сходство, но и выделение в конструкции электрода отдельных групп геометрических эле­ ментов, имеющих различное назначение. Представляется полез­ ным выделить следующие группы элементов (рис. 1.19):

рабочие элементы, определяемые принципиальной схемой и влияющие на формирование электростатического поля;

1и4

фиксирующие элементы, определяющие форму и размеры держателей, сопрягающих электрод с несущими изоляторами; технологические элементы, определяемые выбранной техноло­

гией изготовления деталей; базирующие элементы, определяющие расположение, форму

и размеры поверхностей, по которым осуществляется базиро­ вание детали при изготовлении и взаимная ориентация элек­ тродов при сборке.

Для иллюстрации на рис. 1.19 показаны контуры трех типов электродов с указанием номеров перечисленных групп геомет­ рических элементов.

Рабочие контуры и поверхности —это основные элементы де­ тали, участвующие в создании электростатического поля, Со­ ставляющие рабочего контура описываются математическими за­ висимостями, определяющими в конечном счете электронно-опти­ ческие характеристики всей ЭОС. При этом сопряжения от­

стия или цилиндрические поверхности электродов осесимметрич­ ных систем. Диаметры отверстий электродов изменяются в за­ висимости от назначения от десятых долей миллиметра до 12

15 мм. Отверстия малых размеров применяются в электрон­ ных пушках, прежде всего в диафрагмах модулятора. Поскольку в этом случае важное значение имеет толщина диафрагм в зоне отверстия, ей часто придают сложный профиль в сечении (рис. 1.20, поз. 1.2.1—1.2.3, 1.3.1).

Для получения эквипотенциальных зон в электронных пуш­ ках и осесимметричных линзах различных видов используются