Формирование электронных пучков. Магнитные фокусирующие линзы

На рисунке 2а) показано неоднородное электрическое поле, возникающее внутри прожектора между первым и вторым анодами при условии Ua>Ua1.

На рисунке 2б), выделена лишь одна электрическая силовая линия и показана траектория электрона, отклоняющегося от оси под небольшим углом и встречающегося с силовой линией в точке А. В этой точке вектор напряженности электрического поля Е можно разложить на горизонтальную Ег и вертикальную Ев составляющие. Согласно соотношению Ег будет ускорять электрон в сторону экрана, а Ев будет прижимать его к оси, то есть осуществлять фокусировку.

0

.

При повторной встрече электрона с этой силовой линией в точке В Ег по-прежнему будет оказывать на него ускоряющее действие, а Ев будет способствовать расфокусировке. Но вертикальная составляющая в точке В меньше, чем в точке А, так как электрон вылетает из неоднородного электронного электрического поля, прижатым к оси. Кроме того, в районе точки В он имеет большую скорость, чем в районе точки А, поэтому отклоняющая сила воздействует на электрон меньший промежуток времени.

Следовательно, фокусирующее действие неоднородного электрического поля оказывается преобладающим. Аналогично действует на световой луч оптическая система, состоящая из собирательной и рассеивающей линз при условии, что оптическая сила собирающей линзы больше рассеивающей (рис.2в) ).

2.1

Магнитные фокусирующие линзы

Задача превращения потока электронов в тонкий электронный луч, обладающий в плоскости экрана минимальным поперечным сечением и большой плотностью тока, решается с помощью электростатических и магнитных линз, образуемых специальными электродами, составляющими фокусирующую систему электроннолучевой трубки.

Далее будет рассматриваться магнитные линзы.

2.2

Типы магнитных линз. Форма поля в магнитных линзах

Длинная магнитная линза представляет собой просто однородное магнитное поле, параллельно которому направлена ось фокусируемого расходящегося пучка электронов. Длинная линза даёт прямое изображение объекта, многократно повторяющееся на равных расстояниях, причём как объект, так и его изображение лежат внутри поля. Длинная магнитная линза мало похожа на оптические и электростатические электронные линзы: она не преломляет лучей, параллельных полю, и, значит, не имеет ни фокусов, ни главных точек и не может давать ни увеличенного, ни уменьшенного изображения.

Обширное применение имеют магнитные линзы, образованные неоднородным аксиальносимметричным полем. На рис. 3 даны меридианные сечения некоторых магнитных линз этого класса и форма силовых линий в меридианной плоскости.

простейшая, но очень слабая магнитная линза – это кольцевой ток. Напряжённость поля на оси кольцевого тока радиуса R, как можно очень показать, исходя из закона Био-Савара, выражается формулой

где - напряженность поля в центре кольцевого тока, то есть там, где она имеет максимальное значение, и Z – расстояние от плоскости тока. Поле на оси короткой катушки без железа, если её внутренний радиус много больше толщины оболочки, приближенно можно вычислить по той же формуле, полагая в ней , где - число витков катушки, а R средний её радиус. Для увеличения оптической силы линзы нужно увеличить и сжимать поле в осевом направлении. Это достигается с помощью оболочки из ферромагнетика – магнитного экрана (рис.3, б и в) часто снабженного кольцевыми полюсными наконечниками (рис.3, г).

2.3

Механизм фокусировки в магнитной линзе

Из картины силовых линий видно, что на значительной части поля линзы радиальная составляющая поля и продольная - величины одного порядка. Пусть электрон, вышедший из точки О на ось z в точку А, имеет скорость (рис.4).

Силу, действующую на электрон, можно представить как сумму двух сил: Frz – силы, действующей со стороны радиальной слагающей поля Hr на электрон, имеющий скорость Vr. Направление обеих сил одинаково, но вследствие параксиальности электронных лучей Vz>>Vr и

Под действием силы электрон получает скорость, перпендикулярную к меридианной плоскости. Действие продольной составляющей поля на электрон, имеющий скорость , даёт «фокусирующую» силу , направленную в сторону оси. Вплоть до середины линзы направление силы не меняется и скорость растёт. Во второй половине линзы и вместе с ней меняют направление. Скорость начинает убывать и к моменту выхода из линзы обращается в нуль, нигде не меняя своего знака. Электрон выходит из линзы в другой меридиальной плоскости по измененному направлению и дальше, двигаясь прямолинейно, пересекает ось в точке О.

Если поле линзы слабо, то, конечно, может оказаться, что лучи и после выхода из линзы останутся расходящимися – в этом случае ось пересекут продолжения лучей. С другой стороны, при сильном поле электрон внутри линзы успеет несколько раз пересечь ось.

2.4

Магнитная отклоняющая система

Управление пространственным положением луча осуществляется с помощью электрических (электростатическая отклоняющая система) и магнитных (магнитная отклоняющая система) полей, а управление плотностью тока – с помощью электрических полей. Электронно-лучевые приборы используются для получения видимого изображения электрических сигналов, а также для

запоминания (хранения) сигналов.

Отклоняющая система служит для управления положением луча в пространстве. В трубках с магнитным управлением отклоняющая система состоит из двух пар отклоняющих катушек.

1	2	3