Электростатическая система фокусировки луча
Простейший электронный прожектор, как показано на рис. 6.2, состоит из источника электронов (катода), имеющего форму цилиндра, внутри которого находится подогреватель. Торец цилиндра покрыт оксидным слоем, эмитирующим электроны. Потенциал катода принимается за нуль и относительно катода отсчитываются потенциалы других электродов прожектора. На катод надевается полый цилиндр с отверстием-диафрагмой в центре – модулятор (управляющий электрод). На модулятор подается отрицательное напряжение порядка единиц или десятков вольт.
Основным назначением модулятора является изменение тока электронного луча. В пространстве между катодом и модулятором (рис. 6.3) формируется неоднородное, электри-ческое поле, изменяющее объемный заряд около катода и той части его поверхности, у которой существует поле с положительным потенциалом. Зависимость между катодным током и напряжением модулятора называется модуляционной характеристикой (рис. 6.4).
Изменяя напряжение на модуляторе можно управлять яркостью свечения экрана, поскольку при малых отрицательных напряжениях на модуляторе большее число электронов пролетает модулятор и участвует в создании электронного луча.
Первый и второй аноды имеют форму цилиндров, с одной или несколькими диафрагмами. На первый анод подается положительное напряжение величиной несколько сотен вольт, а на второй – несколько киловольт.
В осциллографических трубках второй анод соединяется с аквадагом и, чтобы избежать появления паразитных электрических полей между аквадагом и оператором, влияющих на электронный луч, заземляют плюс источника питания.
Принцип работы электронных прожекторов аналогичен принципу действия оптических фокусирующих систем. Первая (короткофокусная) линза образована катодом, модулятором и первым анодом с фокусом в плоскости первого анода. Вторая (длинно-фокусная) линза с фокусом в плоскости экрана образована первым и вторым анодами (рис. 6.3). Электрическое поле первой линзы с положительным градиентом доходит до поверхности катода, "вытягивает" электроны из катода и ускоряет их. Поэтому первая линза всегда должна быть электростатической. Каждую линзу можно представить как совокупность собирающей и рассеивающей элементарных линз. Собирающая линза образована неоднородным электрическим полем с эквипотенциальными поверхностями, обращенными выпуклостью к катоду, а рассеивающая образована эквипотенциальными поверхностями, обращенными к экрану.
Регулируя потенциал первого анода с помощью потенциометра R3 (рис. 6.2), можно изменять неоднородное электрическое поле длиннофокусной линзы и тем самым управлять фокусным расстоянием. Изменяя напряжение первого анода, можно добиться точного совмещения фокуса с плоскостью экрана, поэтому ручку потенциометра R3 снабжают надписью "фокусировка". Электронный луч невозможно сфокусировать в геометрическую точку. Этому препятствует взаимное отталкивание электронов, несовершенство электронно-оптической системы и др. Достаточно получить светящееся пятно малых размеров, чтобы глаз воспринимал его как светящуюся точку.
Силу света или яркость пятна можно регулировать с помощью потенциометра R1, изменяющего напряжение на модуляторе. Поэтому ручку потенциометра R1 снабжают надписью "Яркость".
Рассмотренный тетродный прожектор обладает недостатком: регулировка яркости влияет на фокусировку луча и наоборот. При изменении напряжения первого анода для достижения оптимальной фокусировки луча автоматически изменяется величина и конфигурация электрического поля у плоскости катода, что приводит к изменению тока луча, а значит и яркости. При регулировке яркости луча изменяется напряжение на модуляторе, которое вызывает изменение тока луча и фокусное расстояние.
Уменьшение взаимного влияния регулировок яркости и фокусировки достигается расположением ускоряющего электрода (УЭ) (рис. 6.5,а) между модулятором и первым анодом. Ускоряющий электрод выполнен в виде длинного цилиндра с диафрагмами, ограничивающими поперечные размеры луча. Первый анод имеет большое отверстие, что исключает попадания на его электронов, т.е. ток первого анода равен нулю. При изменении напряжения на первом аноде не будет изменяться ток и напряжение на элементах делителя (рис. 6.5,а), поэтому режим работы первой линзы не изменяется.
Второй способ улучшения работы электронного прожектора – создание трехлинзовой электронно-оптической системы (рис. 6.5,б). Первый ускоряю-
щий электрод имеет небольшой потенциал (сотни вольт), а второй – высокий (киловольты).