Кабардино-Балкарський Державний університет ім. Б.М Бербекова

Курсова робота по курсу вакуумної і плазмової фізики

На тему:

Формування електронних пучків.

Магнітні фокусують лінзи .

Виконав: Мостний А.С.

Студент 3 курсу ФМіКТ

ТТЕ 2 група

Перевірив: Аккізов Ю.А.

Нальчик

1.1

Класифікація Електроннопроменева приладів

Електроннопроменева приладами називаються електровакуумні прилади, діяяких заснована на формуванні та управлінні з інтенсивності і положеннюодним більш електронними пучками. Незважаючи на велику різноманітністьелектронно-променевих приладів, як з пристрою, так і за призначенням, міжними є багато спільного. Так, електронно-променевої прилад завжди містить вбалоні три основні елементи: електронний прожектор, що формуєелектронний пучок, або промінь, що відхиляють приймач електронів - екран абосистему електродів електронного комутатора.
Якщо в основу класифікації електронно-променевих приладів покласти найбільшістотний перетворювальні ознака, то всі ці прилади можна розділитина чотири групи:

1. Прилади, що перетворюють електричний сигнал у зображення - прийомні електронно-променеві трубки: індикаторні і осцилографічні трубки, кінескопи та інші.
2. Прилади, що перетворюють зображення в електричний сигнал - що передають електронно-променеві трубки
3. Прилади, що перетворюють електричний сигнал в електричний сигнал - потенціалоскопи, електронно-променеві комутатори.
4. Прилади, що перетворюють невидиме зображення у видиме зображення - електроннооптіческій перетворювач, електронний мікроскоп.

1.2

Будова і принцип дії трубки з електростатичним управлінням

осцилографічні електронно-променева трубка являє собою склянийбалон спеціальної форми, в якому створено високий вакуум. У нійрозташовані електроди, що здійснюють формування електронного потоку ввигляді тонкого електронного променя. І електроди, що управляють цим променем.
Сукупність електродів, які формують електронний промінь, називаєтьсяелектронним прожектором. Він зазвичай складається з катода К, модулятора М,А1 першого і другого А2 анодів. Найбільш часто застосовують оксидні абокамерні підігрівним катоди, виконані у вигляді стаканчика, у якогоактивна область розташовується на зовнішній поверхні дна (Ріс1.).

Модулятор головним чином служить для зміни щільності струму електронногопроменя. До модулятор підводиться невеликий негативні Патерналізм потенціал, що регулюєтьсяв межах від нуля до -30 вольт.
Електронний потік формується тільки за рахунок електронів, що пройшли черездіафрагму діаметром близько 1 мм. Таким чином, електрони, вектор початковоїшвидкості яких значно відхиляється від нормалі до поверхні катода,не проходять через діафрагму і у формуванні електронного променя неберуть участь. Попередньою фокусування електронного потоку сприяєневеликий негативний потенціал, що проводиться до керуючого електроду.
Зміна цього потенціалу призводить до зміни траєкторії електронів, іпри більш негативному потенціалі електрони, які раніше проходили попериферії діафрагми, відображаються, а щільність електронного потокузменшується. Далі по осі трубки розташовуються ще два циліндри - перший ідругий аноди. Перший анод А1, перебуваючи під позитивним потенціалом вкілька сотень вольт, прискорює рухається від катода потік електронів. Кодругого анода А2 підводиться напруга, що досягає в деякихЕлектроннопроменева приладах десятків кіловольт, і потік електронів покидаєдругий анод з досить високою швидкістю. Крім прискорення електронів,призначення анодів полягає у формуванні вузького електронного пучка --фокусуванні електронного потоку. Внаслідок різниці потенціалів катода,модулятора, першого і другого анодів в просторі між ними створюютьсянеоднорідні електричні поля - електронні лінзи. Конфігураціяелектродів і їх потенціали підбираються таким чином, що вся системаутворює два електростатичні лінзи: перша - між модулятором іприскорює електродом і друга - між прискорює електро та другого анодом.
Проходячи через ці лінзи, електрони утворюють вузький сходиться біля екрану пучок
- Електронний промінь. Вся система електродів кріпиться на траверс і утворюєєдине пристрій, який називається електронною гарматою. Вийшовши з електронноїгармати, електронний промінь потрапляє в систему відхиляють пластин, що служить длякерування положенням променя в просторі: Х - пластини викривляютьелектронний промінь в горизонтальній площині, У - пластини - у вертикальній.
На внутрішню стінку опуклого торця трубки наносять люмінофор-речовина,світиться при бомбардуванні електронами, який спільно зі скломкуполи утворюють екран Е. За допомогою відхиляють пластин електронний проміньможе бути направлений в будь-яку точку екрану. При цьому, якщо положення променязафісіксіровано, з зовнішньої сторони екрану через скло проглядаєтьсясвітиться пляма, яка має малі розміри і умовно може вважатисясвітиться крапкою. Щоб під дією електронного променя екран ненакопичував електростатичних зарядів, коефіцієнт вторинної електронноїемісії люмінофора роблять близьким до одиниці? = 1. Для видалення вториннихелектронів на внутрішню бічну поверхню балона наносять струмопровідніграфітове покриття, яке всередині балона з'єднують з другим анодом.
Усі електроди електронного прожектора зазвичай живляться від одного джерелаза допомогою дільника напруги. На другому анод, сполучений з внутрішнімграфітовим покриттям, подають напругу кілька кіловольт, на перший анод
- Кілька сотень, на модулятор - мінус кілька десятків вольт (усіщодо катода). Так як другий анод з'єднується з внутрішнімграфітовим покриттям, геометричні розміри якого великі, то для тогощоб між графічним покриттям і оператором не виникло паразитнихелектричних полів, що впливають на електронний промінь, в осцилографічнітрубках виявляється доцільним заземленні не мінус, а плюса джерелахарчування.
Якщо напруга на відхиляють пластинах змінюються, то електронний промінь,а, отже, і світиться пляма на екрані переміщуються, описуючитраєкторію відповідно до зміни напруги на відхиляють пластинахможе візуально спостерігатися на екрані Електроннопроменева трубки. Діаметрсвітиться плями і товщина лінії руху променя тим менше, чим кращесфокусований електронний промінь. Яскравість світіння екрану залежить від числабомбардують його в одиницю часу електронів і від швидкості їх руху.
Яскравість світіння можна змінювати, регулюючи напруга на модуляторі і,отже, змінюючи щільність струму електронного променя, а також за рахунокшвидкість руху електронів, що визначається напругою на другийаноді.

1.3

електростатична фокусування електронного променя

При відповідній формі електродів прожектора і різниці потенціалівміж ними складається таке неоднорідне електричне поле, щоприскорює електрони променя в бік екрану і одночасно здійснює йогофокусування. Фокусування електронного променя проводиться двічі: в точках
F1 і F2. Це свідчить про наявність в електронному Прожекторі двохелектроннооптіческіх систем: короткофокусної з фокусом в точці F1
(утворюється катодом, модулятором і першим анодом) і довгофокусному зфокусом в точці F2, розташованої в площині екрана (утворюється перший ідругий анодами). Принцип дії обох систем абсолютно однаковий, томудосить розглянути дію тільки однієї, наприклад довгофокусномусистеми.
На малюнку 2а) показано неоднорідне електричне поле, що виникає всерединіпрожектора між першим і другим анодами за умови Ua> Ua1.
На малюнку 2б), виділена лише одна електрична силова лінія і показанатраєкторія електрона, що відхиляється від осі під невеликим кутом ізустрічається з силовою лінією в точці А. У цій точці векторнапруженості електричного поля Е можна розкласти на горизонтальну Ег івертикальну Єв складові. Згідно співвідношенню Ег буде прискорюватиелектрон в бік екрану, а Єв буде притискати його до осі, тобтоздійснювати фокусування.

0
.

При повторній зустрічі електрона з цією силовою лінією в точці В Ег по -як і раніше, буде чинити на нього прискорює дію, а Єв будесприяти расфокусіровке. Але вертикальна складова в точці Вменше, ніж у точці А, так як електрон вилітає з неоднорідногоелектронного електричного поля, притиснутим до осі. Крім того, в районіточки В він має велику швидкість, ніж в районі точки А, томувідхиляюча сила діє на електрон менший проміжок часу.
Отже, що фокусує дію неоднорідного електричного полявиявляється переважаючим. Аналогічно діє на світловий промінь оптичнасистема, що складається з збиральної і розсіює лінз за умови, щооптична сила збирає лінзи більше розсіює (ріс.2в)).

2.1

Магнітні фокусують лінзи

Завдання перетворення потоку електронів в тонкий електронний промінь, що володіє вплощині екрана мінімальним поперечним перерізом і великою щільністю струму,вирішується за допомогою електростатичних і магнітних лінз, утворенихспеціальними електродами, складовими фокусуючу системуЕлектроннопроменева трубки.
Далі буде розглядатися магнітні лінзи.

2.2

Типи магнітних лінз. Форма поля в магнітних лінзах

Довга магнітна лінза представляє собою просто однорідне магнітнеполі, паралельно з яким спрямована ось фокусованої розходиться пучкаелектронів. Довга лінза дає пряме зображення об'єкту, що багаторазовоповторюється на рівних відстанях, причому як об'єкт, так і йогозображення лежать всередині поля. Довга магнітна лінза мало схожа наоптичні і електростатичні електронні лінзи: вона не переломлює променів,паралельних полю, і, отже, не має ні фокусів, ні головних точок і неможе давати ні збільшеного, ні зменшеного зображення.
Велике застосування мають магнітні лінзи, утворені неодноріднимаксіальносімметрічним полем. На рис. 3 дані меридіанне перетину деякихмагнітних лінз цього класу і форма силових ліній до Меридіан площині.

проста, але дуже слабка магнітна лінза - це кільцевої струм.
Напруженість поля на осі кільцевого струму радіусу R, як можна дужепоказати, виходячи із закону Біо-Саварен, виражається формулою

де - напруженість поля в центрі кільцевого струму, тобто там,де вона має максимальне значення, і Z - відстань від площини струму.
Поле на осі короткої котушки без заліза, якщо її внутрішній радіус багатобільше товщини оболонки, наближено можна обчислити за тією ж формулою,вважаючи в ній, де - число витків котушки, а R середній їїрадіус. Для збільшення оптичної сили лінзи потрібно збільшити істискати поле в осьовому напрямку. Це досягається за допомогою оболонки зферромагнетика - магнітного екрана (рис.3, б і в) часто оснащеногокільцевими полюсними наконечниками (рис.3, г).

2.3

Механізм фокусування в магнітної лінзі

З картини силових ліній видно, що на значній частині поля лінзирадіальна складова поля і поздовжня - величини одногопорядку. Нехай електрон, який вийшов з точки О на вісь z в точку А, маєшвидкість (рис.4).

Силу, що діє на електрон, можна представити як суму двох сил: Frz --сили, що діє з боку радіальної що складають поля Hr на електрон,що має швидкість Vr. Напрямок обох сил однаково, але внаслідокпараксіальності електронних променів Vz>> Vr і

Під дією сили електрон отримує швидкість, перпендикулярну домеридіанне площині. Дія поздовжньої складової поля наелектрон, що має швидкість, дає «фокусуючу» силу,спрямовану в бік осі. Аж до середини лінзи напрямок силине змінюється і швидкість зростає. У другій половині лінзи іразом з нею змінюють напрямок. Швидкість починає спадати і домоменту виходу з лінзи звертається в нуль, ніде не змінюючи свого знака.
Електрон виходить з лінзи в іншій меридіально площині за зміненимнапрямку і далі, рухаючись прямолінійно, перетинає вісь у точці О.
Якщо поле лінзи слабо, то, звичайно, може виявитися, що промені і післявиходу з лінзи залишаться розходяться - в цьому випадку вісь перетнутьпродовження променів. З іншого боку, при сильному полі електрон всередині лінзивстигне кілька разів перетнути вісь.

2.4

Магнітна відхиляюча система

Управління просторовим положенням променя здійснюється за допомогоюелектричних (електростатична відхиляюча система) і магнітних
(магнітна відхиляюча система) полів, а управління щільністю струму - здопомогою електричних полів. Електронно-променеві прилади використовуються дляотримання видимого зображення електричних сигналів, а також длязапам'ятовування (зберігання) сигналів.

відхиляюча система служить для керування положенням променя впросторі. В трубках з магнітним керуванням відхиляюча система складаєтьсяз двох пар відхиляють котушок.

Магнітна відхиляюча система звичайно містить дві пари котушок,надягають на горловину трубки і утворюють магнітні поля у взаємноперпендикулярних напрямках. Розглянемо відхилення електрона магнітнимполем однієї пари котушок, вважаючи, що поле обмежено діаметром котушки і вцьому просторі є однорідним. На рис.1 силові лінії магнітного полязображені що йдуть від глядача перпендикулярно площині креслення. Електронз початковою швидкістю V0 рухається в магнітному полі, вектор індукції Bякого нормальний до вектору швидкості V0, по колу з радіусом

Після виходу з магнітного поля електрон продовжує рух подотичній до його криволінійної траєкторії в точці виходу з поля. Вінвідхилився від осі трубки на деяку величину z = L tg (. При малих кутах (
(Tg (; z (L (.

Величина центрального кута (= s/r (l1/r, де s - крива, по якійрухається електрон в полі В. Підставляючи сюди значення r, отримуємо:

Таким чином, відхилення електрона дорівнює:

Висловлюючи швидкість V0 електрона через напругу на аноді, отримуємо: < p> З огляду на, що індукція магнітного поля пропорційна числу ампер -витків wI, можна записати:

2.5

Конструкція відхиляють котушок.

Відхиляючі котушки з феромагнітними сердечниками дозволяютьзбільшити щільність потоку магнітних силових ліній в необхідномупросторі. Котушки з феромагнітними сердечниками застосовуються тільки принизькочастотних відхиляють сигнали, тому що зі збільшенням частотивідхиляє напруги зростають втрати в серцевині. У телевізійних ірадіолокаційних електронно-променевих трубках звичайно застосовуються відхиляючікотушки без сердечника. Прагнучи отримати більш однорідне магнітне поле,краю котушки відгинають, а саму котушку згинають по формі горловини трубки.
Витки в котушці розподіляють нерівномірно: Число витків на краях звичайно в 2
- 3 рази більше, ніж у середині. Для зменшення поля розсіювання котушки безсердечника як правило, укладаються в сталевій екран.

2.6

Переваги і недоліки електростатичного та магнітної систем відхилення.

Відхилення променя магнітним полем у меншій мірі залежить від швидкостіелектрона, ніж для електростатичного системи відхилення. Тому магнітнавідхиляюча система знаходить застосування в трубках з високим аноднимпотенціалом, необхідним для отримання великої яскравості світіння екрана.

До недоліків магнітних відхиляють систем слід віднестинеможливість їх використання при відхиляють напругах з частотою більше
10 - 20 кГц, у той час як звичайні трубки з електростатичним відхиленняммають верхній частотний межа порядку десятків мегагерц і більше. Крімтого, споживання магнітними відхиляється котушками значного струмувимагає застосування потужних джерел живлення.

Гідністю магнітної відхиляючої системи є її зовнішнєщодо Електроннопроменева трубки розташування, що дозволяє застосовуватиобертаються навколо осі трубки, відхиляючі системи.

3.1

Використана література:

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

Зміст:

1.1 Класифікація електронно-променевих приладів.
1.2 Будова і принцип дії трубки з електростатичним управлінням.
1.3 електростатична фокусування електронного променя.
2.1 Магнітні фокусують лінзи.
2.2?? іпи магнітних лінз. Форма поля в магнітних лінзах.
2.3 Механізм фокусування в магнітної лінзи.
2.4 Магнітна відхиляюча система.
2.5 Конструкція відхиляють котушок.
2.6 Переваги і недоліки електростатичного та магнітної системвідхилення.
3.1 Використана література.

-----------------------