Глава тридцать вторая

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ПРИБОРОВ

32.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При конструировании нового ЭЛП необходимо, прежде всего, разработать ЭОС, обеспечивающую заданные траектории электронов. Известны два основных метода рещения этой проблемы.

При первом - прямом методе решения этой задачи заданными являются траектории электронов и по ним необходимо определить конфигурацию и потенциалы электродов или форму катушек и токи, обтекающие их.

При втором методе решается обратная задача. В зтом случае задают форму и потенциалы электродов, данные катушек и определяют поля, создаваемые этими системами. После этого находят траектории электронов. Если траектории электронов не соответствуют заданным, то методом последовательных приближений путем изменения конструкции электродов или катушек задача решается до тех пор, пока не будет получен положительный результат.

Следует отметить, что реализация обоих методов строго аналитическим путем в большинстве практических случаев представляется очень сложной и трудоемкой задачей, а иногда просто невозможной. Поэтому для определения полей и расчета траекторий электронов в них созданы приближенные расчетные и экспериментальные методы, позволяющие достаточно быстро и с приемлемой точностью решать эти задачи.

При наличии базовой конструкции ЭОС часто пользуются эмпирическими методами разработки ЭЛП. В этом случае геометрические размеры и питающие напряжения базовой конструкции ЭОС корректируются до получения требуемых параметров.

32.2. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТИ1ЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЭЛЕКр>ОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Для определения электрических полей широко используют метод моделирования полей на электролитической ванне. Благодаря простоте, приемлемой точности он получил распространение в лабораторной практике. Метод основан на аналогии между электростатическим потенциальным полем в вакууме и полем токов в однородной проводящей среде.

Для определения поля этим методом металлические электроды, являющиеся моделью исследуемой ЭОС, погружают в электролит. В качестве электролита может быть использована слабо подкисленная или обычная водопроводная вода. При задании электродам модели потенциалов, пропорциональных потенциалам электродов исследуемой ЭОС, распределение потенциалов в электролите будет совпадать с распределением

Бумага

записи

Отметчик

Пантограф

Нуль-иидиматор

Электроли гпи-чесиая ванна

Модель системы электродов

Делители напряжения

Генератор переменного напряжения Рис. 32.1. Схема установки с электролитической вшшой

потенциала в вакууме. Схема установки с электролитической ванной пртведена на рис. 32.1. Модель исследуемой ЭОС, разрезанной по плоскости симметрии, погружают в ванну так, чтобы поверхность электролита совпадала с плоскостью разреза. Электроды модели изготовляют из проводящего материала (железа или технической стали). Питание электродов осуществляют переменным напряжением частотой 50 Гц. Использование постоянного напряжения для этой цели нежелательно из-за электролиза. В качестве нуль-индикатора в цепи зонда может быть использован осциллограф или электронный вольтметр, практически не потребляющий тока. Определение электрического поля, т.е. нахождение положения соответствующих эквипотенциальных поверхностей, производится следующим образом. С помощью зонда измеряют распределение потенциала в поле модели. Для этого зонд с заданным потенциалом опускают в любую точку электролита. Из-за различия потенциалов в выбранной точке электролита и зонда в цепи последнего будет протекать ток. Меняя положение зонда, можно найти такие точки, где ток через зонд, фиксируемый индикатором, станет равным нулю. Совокупность найденных точек образует эквипотенщ1альную линию. Изменяя напряжение на зонде и добиваясь, чтобы ток в его цепи бьш равен нулю, находят другие эквипотенциальные линии. Построение

507о

Рис. 32.2. Поле двух соосных цилиндров

эквипотенциальных линий на бумаге можно автоматизировать. На рис. 32.2 приведено измеренное на электролитической ванне распределение потенциала в поле двух цилиндров.

32.3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ТРАЕКТОРИЙ

Задача расчета ЭОС, электрическое поле которой известно, сводится к нахождению траекторий электронов. Для определения траекторий электронов в электронных линзах используют приближенные графоаналитические методы. Наибольшее распространение получили метод ломаной, основанный на законе преломления, и метод радиуса кривизны.

Первый метод целесообразно применять тогда, когда эквипотенциальные линии имеют малую кривизну, а второй - когда кривизна значительна.

Метод ломаной. Допустим, нам известно электрическое поле исследуемой системы, представленное в виде совокупности эквипотенциа-лей (рис. 32.3). Рассмотрим две соседние зквипотенциали, имеющие потенциалы и f/3, расположенные на небольшом расстоя1ши друг от друга. Эквипотенциальные поверхности на небольшом участке можно считать плоскими. При таком условии изменением напряженности поля можно пренебречь и считать поле однородным. Потенциал между двумя эквипотенциалями определяется как среднее арифметическое значений потенциала, соответствующих этим зквипотенциалям, т.е.

г/= (г/з + с/2)/2.

Пусть электрон подходит к зквипотенциали под углом а относительно ее нормали NN. Угол 3 можно определить по закону преломления из соотношения

sina/sin3 = yJU- + UiNU-i + V\ , которое определяет траекторию электрона на отрезке между следующими двумя потенциалями. Повторяя процесс построения последовательно для каждой поверхности раздела, можно построить всю траекто-