Ускоряющих напряжениях

В табл. 9-2 приведены рассчитанные с учетом и без учета релятивистского эффекта скорости электронов для ускоряющих напряжений,

Как показали исследования, выражение (9-4) справедливо в интервале ускоряющих напряжений 5—100 кв, из чего следует, что электронный нагрев по своей природе является поверхностным, так как вся мощность, подводимая к нагреваемому металлу, выделяется в слое толщиной в несколько микрон.

Под действием высоких ускоряющих напряжений электроны приобретают большую кинетическую энергию, которая при столкновении с материалом, находящимся на аноде, переходит в тепловую. Под действием тепловой энергии, выделяющейся на поверхности с площадью порядка нескольких квадратных миллиметров, материал начинает интенсивно разогреваться, плавиться и испаряться из этого небольшого объема. Тигель охлаждается водой и поэтому он и прилегающие к нему участки испаряемого материала остаются холодными. При этом достигается высокая чистота испаряемого материала.

Кроме указанного, триодным прожекторам присущи следующие недостатки: относительно большие углы расхождения электронов за плоскостью скрещения (плоскость 0\02, см. 11.2), что приводит к заметному ограничению тока пучка диафрагмой, установленной в ускоряющем электроде или первом аноде; большие значения запирающих па-пряжений на модуляторе в случае использования высоких ускоряющих напряжений. Эти недостатков в значительной мере лишены электронные прожекторы тетродно-го типа.

Точность определения положения цели зависит от размеров светящегося пятна и степени соответствия положения пятна на экране координатам объекта. Следовательно, трубка должна обладать высокой разрешающей способностью, большой яркостью свечения экрана, высоким контрастом и хорошей линейностью отклонения, а также длительным послесвечением; последнее требование связано с малой длительностью импульса, отпирающего электронный луч. Указанным требованиям удовлетворяют трубки с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением, а также большими значениями ускоряющих напряжений (6—25 кВ) и длительным свечением экрана.

Под действием высоких ускоряющих напряжений электроны приобретают большую кинетическую энергию, которая при столкновении с материалом, находящимся на аноде, переходит в тепловую. Под действием тепловой энергии, выделяющейся на поверхности с площадью порядка нескольких квадратных миллиметров, материал начинает интенсивно разогреваться, плавиться и испаряться из этого небольшого объема. Тигель охлаждается водой и поэтому он и прилегающие к нему участки испаряемого материала остаются холодными. При этом достигается высокая чистота испаряемого материала.

В прожекторах триодной системы, как было указано, трудно получить малые углы расхождения пучка за плоскостью скрещения [см. (3.19)] без значительного ограничения пучка диафрагмой, установленной в ускоряющем электроде или первом аноде. Кроме того, при использовании высоких ускоряющих напряжений трудно получить небольшие (по абсолютной величине) запирающие напряжения. Уменьшение величины запирающего напряжения возможно за счет Р Щ уменьшения диаметра т+т р**т отверстия модулятора и J I I

как расстояние модулятор— катод приходится выбирать меньше 0,1 мм и незначительное изменение этого расстояния дает существенный разброс запирающего напряжения. Поэтому наряду с триодными прожекторами довольно широко распространены прожекторы тетродного типа с электростатической фокусировкой особенно в трубках, имеющих ускоряющее напряжение более 5—8 кв. Тетродная система, кроме указанных преимуществ (уменьшение угла расхождения пучка, возможность получения небольших значений запирающего напряжения), имеет еще одно достоинство при использовании высоких ускоряющих напряжений. В прожекторе триодной системы между модулятором и ускоряющим электродом с высоким потенциалом возникает очень большой градиент потенциала, что легко приводит к электрическим пробоям. Введение между модулятором и высоковольтным ускоряющим электродом дополнительного электрода со сравнительно невысоким (порядка нескольких сот вольт) потенциалом существенно повышает электрическую прочность прожектора.

Ускоряющие напряжения в электроннолучевых приборах редко-» превышают 15—20 кв. Следовательно, отношение Лм/йэ составляет-' величину порядка 0,2, т. е. электростатическое отклонение даже * для сравнительло высоких ускоряющих напряжений в несколько > раз больше магнитного. В низковольтных приборах эта разница* еще более заметна.

В последнее время широкое распространение получили так называемые алюминированные экраны, имеющие поверх слоя люминофора со стороны электронного прожектора металлическое покрытие в виде тонкой пленки алюминия. Экраны с металлическим покрытием имеют ряд преимуществ. Во-первых, металлическое покрытие, непрозрачное для света, исключает паразитное засвечивание экрана светом, излучаемым люминофором внутрь колбы прибора и попадающим на экран либо непосредственно (за счет вогнутой поверхности экрана), либо после отражения от стенок колбы. Отсутствие внутреннего засвечивания экрана заметно повышает контрастность изображения (см. § 9.1). Во-вторых, свет, излучаемый люминофором в сторону металлической пленки, отражается последней в сторону наблюдателя; вследствие чего увеличивается яркость свечения экрана. Поэтому алюминированные экраны имеют большую световую отдачу. В-третьих, при наличии металлического слоя, электрически соединенного с анодом прожектора, потенциал экрана не зависит от вторично-эмиссионных свойств люминофора и энергия электронов, приходящих на экран, однозначно определяется ускоряющим напряжением прожектора. Поэтому трубки с алюминированным экраном могут работать при ускоряющих напряжениях, больших второго критического потенциала катодолюминофора. И, наконец, металлическая пленка препятствует попаданию на слой люминофора тяжелых заряженных частиц — отрицательных ионов, разрушающих люминофор, вследствие чего экраны с металлическим покрытием оказываются более стойкими, особенно при использовании высоких ускоряющих напряжений. Трубки с алюминированными экранами не нуждаются в ионных ловушках (см. § 9.3).

В соответствии с общими требованиями узлы радиолокационных трубок имеют характерные особенности. Обеспечение высокой разрешающей способности и большой яркости свечения экрана требует высоких ускоряющих напряжений (5—10 кв и более). В этих условиях целесообразно использовать магнитную фокусировку электронного луча. Высокая линейность отклонения, малое нарушение фокусировки отклоняющими системами в сочетании с большими углами отклонения (большим экраном) приводят к необхо-v димости иметь в большинстве радиолокационых трубок магнитное < отклонение луча.

в небольших количествах отрицательные ионы О-, С1~, С03- и другие, всего до 30 различных ионов. Суммарный ток ионов невелик (10-10—Ю-9 а), однако вследствие высоких ускоряющих напряжений энергия, приобретаемая ионами, оказывается достаточной для постепенного разрушения люминофора.

Как следует из табл. 9-2, при ускоряющих напряжениях до 40 кв, применяемых при электронном нагреве, релятивистский эффект увеличения массы может не учитываться и va можно рассчитывать по (9-3). Тогда в соответствии с (9-2) максимальная глубина проникновения электрона в вещество равна:

Полученные нами экспериментальные материалы обобщены на 9-3 (зависимость мощности потерь электронного пучка от остаточного давления при ускоряющих напряжениях 20 и 30 кв) и 9-4

От величины коэффициента вторичной эмиссии зависит потенциал экрана. Как видно из кривой зависимости коэффициента вторичной эмиссии от ускоряющего напряжения ( 7-16), при небольших значениях ускоряющего потенциала (участок О А) а < 1. На поверхности экрана скапливаются электроны, и его потенциал при любых ускоряющих напряжениях в интервале О — U'a2 стремится к потенциалу катода, принятому за нуль, и свечение прекращается. Этот потенциал называют первым критическим потенциалом.

Достаточно широкое распространение в электронно-лучевых приборах получили алюминированные экраны, у которых на люминофор с внутренней стороны трубки нанесена тонкая (0,1—0,5 мкм) пленка алюминия, соединенная обычно со вторым анодом. К достоинствам таких экранов можно отнести следующие: 1) потенциал экрана постоянен и равен L/A2, что позволяет работать при ускоряющих напряжениях, больших второго критического потенциала, и получать большую яркость свечения; 2) исключается паразитное засвечивание экрана с внутренней стороны трубки, что повышает контрастность изображения; 3) отраже-

Обычно Осциллографические трубки содержат двухлин-зовый прожектор с электростатической фокусировкой, электростатическую отклоняющую систему и экран с люминофором, дающим зеленое или синее свечение. Для получения высокой яркости и разрешающей способности при относительно небольших ускоряющих напряжениях прожектор должен формировать луч с током до 100—500 мкА.

От величины коэффициента вторичной эмиссии зависит потенциал экрана. Как видно из кривой зависимости коэффициента вторичной эмиссии от ускоряющего напряжения ( 7-16), при небольших значениях ускоряющего потенциала (участок О А) а < 1. На поверхности экрана скапливаются электроны, и его потенциал при любых ускоряющих напряжениях в интервале О — U'a2 стремится к потенциалу катода, принятому за нуль, и свечение прекращается. Этот потенциал называют первым критическим потенциалом.

Устройство лампы бегущей волны показано на 237. Электронный поток, сформированный электронной пушкой / и ускоренный полем второго анода 2, к которому присоединена замедляющая спираль 4, направляется узким пучком вдоль оси прибора. Для фокусирования электронного потока, расходящегося из-за взаимного отталкивания электронов, используют магнитную фокусирующую систему 5 в виде длинного соленоида. Сигнал,, который необходимо усилить, поступает на вход спирали 4 через входной волновод 3. Ток сигнала и вызванная им электромагнитная волна распространяются вдоль провода спирали со скоростью, близкой к скорости света. Фронт электромагнитной волны при этом распространяется со значительно меньшей скоростью, называемой фазовой. Это объясняется тем, что для смещения волны на шаг спирали необходимо, чтобы ток и волна преодолели ее полный виток. Соотношение между длиной витка спирали и ее шагом выбирают так, чтобы при сравнительно небольших ускоряющих напряжениях можно было разогнать электроны до скорости, равной фазовой.

Из ур-ния (1.12) видно, что, увеличивая ускоряющее напряжение U, можно получить сколь угодно большую скорость электронов. Однако это физически неправильно. При больших ускоряющих напряжениях необходимо обязательно учитывать зависимость массы электрона от его скорости. Согласно теории относительности кинетическая энергия электрона

т. е. при uz
При помощи пушки Пирса с цилиндрическим (параллельным) потоком можно сформировать пучок радиуса, примерно равного радиусу эмиттирующей поверхности катода. При этом плотность тока в пучке принципиально не может быть больше удельной эмиссии катода. Учитывая ограниченность последней, можно сделать вывод о целесообразности использования таких систем лишь для формирования сравнительно слаботочных пучков. Чем меньше радиус пучка, тем меньше возможная величина тока. Поскольку в современных электронных приборах СВЧ-диапазона используются пучки с радиусами не более нескольких миллиметров и токами от долей до десятков ампер при не очень высоких ускоряющих напряжениях (р>1 мка1вг,г), плотность тока в пучке оказывается существенно больше предельной величины удельной эмиссии технических катодов. Поэтому большое распространение получили пушки с компрессией электронного потока, т. е. формирующие сходящиеся электронные пучки. Величина компрессии, т. е. отношение площади эмиттирующей поверхности катода к площади поперечного сечения сформированного пучка, может достигать 100 и более.

Из уравнений (5.5) и (5.6) видно, что при магнитном отклонении изменение ускоряющего напряжения (0а) в меньшей степени влияет на величину чувствительности, так как ем~1/У^а> а еэ~ ~1/Уа. Иными словами, приведенная чувствительность с повышением напряжения прожектора при магнитном отклонении уменьшается медленнее, чем при электростатическом отклонении (ем'~1/С/*/,> еэ'~ 1/^а)- Этим объясняется преимущественное использование магнитного отклонения в высоковольтных приборах. Кроме того, в случае использования электростатического отклонения при высоких ускоряющих напряжениях необходимая амплитуда отклоняющего напряжения может оказаться настолько большой, что возникнут затруднения в обеспечении достаточной электрической прочности самой отклоняющей системы и особенно электронных устройств, вырабатывающих отклоняющие напряжения.