Електронно-оптична система для приймальних і проекційних електронно-променевих трубок

Винахід стосується електронних приладів, зокрема конструкцій електронно-оптичних систем (ЕОС) приймальних і проекційних електронно-променевих трубок (ЕПТ) високої роздільної здатності з електромагнітним фокусуванням* Відома ЕОС, яка включає катод, модулятор, прискорюючий електрод, анод з вирізуючою діафрагмою і магнітну фокусуючу систему, і формує другий кросовер перед вирізуючою діафрагмою в аноді. [Brooks B.C., Pavey P.G., Wilder S.S.. An Impoukal mlcrospot - ray tube - "Journ of Phys. E. Sei Instr 1970. - 3. P 346-350. Недолік такої ЕОС в тому, що розмір і положення другого кросовера можна регулювати тільки зміною потенціалу прискорюючого електрода, при зменшенні розміру другого кросовера зменшується токопропускання через вирізуючу діафрагму внаслідок зростання апертури електронного пучка перед високовольтною вирізуючою діафрагмою. Відома ЕОС, яка включає катод, модулятор, прискорюючий електрод з вирізуючою діафрагмою, розміщеною в його торці, анти-динатронний електрод, виконаний у вигляді циліндра з діафрагмою і анод [Авт.св. СССР № 246690, кл. 21 д. 13/21. 1969]. Недолік ЕОС в тому, що при зміні напруги на антидинатронному електроді змінюється положення, розмір другого кросовера і апертура електронного пучка в області головної фокусуючої лінзи, що веде навіть при зменшенні розміру другого кросовера до погіршення роздільної здатності. Найбільш близькою до заявленої (прототипом) є ЕОС, що містить катод, модулятор, три електроди лінзи підфокусування, електрод попереднього фокусування, анод з вирізуючою діафрагмою і магнітну систему фокусування [Авт.св. СССР № 888752, кл. Н 01 J 29/46, 1983]. Недолік ЕОС в тому, що при роботі з максимальним (граничним) розділенням струм електронного променя дуже малий, дальше зростання роздільної здатності неможливе внаслідок утворення електронного дзеркала при зменшенні потенціалу на електроді попереднього фокусування. Підвищення роздільної здатності і збільшення струму променя досягається в ЕОС, що заявляється. В електронно-оптичній системі для приймальних і проекційних електронно-променевих трубок, яка заявляється і містить катод, модулятор, три електроди лінзи підфокусування, електрод попереднього фокусування, анод з вирізуючою діафрагмою і магнітну систему фокусування, згідно з винаходом в простір між електродом попереднього фокусування і анодом введені електрично з'єднані додаткова діафрагма і додатковий циліндричний електрод, причому довжина цього електрода складає 0,75-1,5 його діаметра, діаметр електрода складає величину 0,35-0,6 внутрішнього діаметра чашки анода, а анод виконаний у вигляді електрично з'єднаних циліндрів і чашки з отвором, рівним внутрішньому розміру циліндрів, повернутої відкритою частиною до додаткового електрода. Додаткова діафрагма і електрод можуть бути електрично з'єднані з електродом попереднього фокусування. Електрод попереднього фокусування може електрично з'єднуватися з третім електродом лінзи підфокусування. Порівняльний аналіз свідчить, що електронно-оптична система, яка заявляється, відрізняється від прототипу тим, що в простір між електродом попереднього фокусування і анодом введені електрично з'єднані додаткова діафрагма і додатковий циліндричний електрод, причому довжина цього електрода складає величину 0,75—1,5 його діаметра, діаметр електрода складає величину 0,35-0,6 внутрішнього діаметра чашки анода, а анод виконаний у вигляді електрично з'єднаних циліндрів однакового розміру і чашки з отвором, рівним внутрішньому розміру циліндрів, повернутої відкритою частиною до додаткового електрода. Конструкція ЕОС, яка заявляється, дозволяє сформувати другий кросовер з меншим розміром порівняно з прототипом і зменшити при цьому апертуру електронного пучка перед високовольтною вирізуючою діафрагмою, збільшуючи струм променя після високовольтної діафрагми. Таким чином, ЕОС, що заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна". Порівняння рішення, яке заявляється, не лише з прототипом, але і з Іншими технічними рішеннями в даній області техніки, не виявило в них ознаки, які б відрізняли рішення, що заявляється від прототипу, що дозволяє зробити висновок про відповідність критерію "суттєві відмінності". На фіг.1 представлена схема запропонованої ЕОС; на фіг.2 - залежність діаметра електронної плями від струму променя для ЕОС, яка заявляється, і ЕОС -прототипу. ЕОС (фіг. 1) складається з катода 1, модулятора 2 з отвором 3, прискорюючого електрода з отвором 5, підфокусуючого електрода 6 з отвором 7, низьковольтної вирізуючої діафрагми 8 з отвором 9, електрода попереднього фокусування 10 з отвором 11, додаткової діафрагми 12 з отвором 13 і додаткового циліндричного електрода 14 з внутрішнім розміром 15, анода, виконаного у вигляді циліндрів 16, чашки 17 з отвором 18, повернутої відкритим кінцем 19 до електрода 14, вирізуючої діафрагми 20 з отвором 21, магнітної фокусуючої системи 22, екрана 23. На кресленні також зображено електронний пучок 24, перший кросовер 25, частина 26 електронного пучка 24 після обмеження по струму і апертурі вирізуючою діафрагмою 8, другий кросовер 27, частина 28 електронного пучка 24, яка попадає на екран, електронна пляма 29. ЕОС працює таким чином. Електронний пучок, сформований Іммерційним об'єктивом, утвореним катодом 1, модулятором 2 з отвором 3, прискорюючим електродом 4 з отвором 5 формує перший кросовер 25, підфокусовується лінзою, утвореною електродами 4,6, 8 і обмежується отвором 9 низьковольтної вирізуючої діафрагми по струму і апертурі. Частина 26 електронного пучка 24 підфокусовується лінзами, утвореними електродами 8, 10 і 10, 12, попадає в квазіоднорідне поле всередині циліндра 14 і підфокусуючись лінзою, утвореною електродами 14 і 17, формує другий кросовер 27, частина 26 електронного пучка 24 обмежується по струму і апертурі отвором 21 високовольтної вирізуючої діафрагми 20, частина 28 електронного пучка 24 з допомогою магнітної системи фокусування 22 фокусується в електронну пляму 29 на екрані 23. ЕОС, що заявляється, дозволяє зменшити розмір електронної плями і підвищити струм променя. Електрод 10 працює як антидинатронний, перешкоджаючи проникненню вторинних електронів, вибитих з отвору 9 низьковольтної вирізуючої діафрагми 8 в область анода. При цьому завдяки самостійному виводові додаткової діафрагми 12 і додаткового електрода 14 можна подавати на них напругу, яка перевищує напругу на низьковольтній вирізуючій діафрагмі. При роботі ЕОС лише в режимі з фіксованими напругами на електродах, а саме: при напрузі на електроді 10, додатковій діафрагмі 12 1 додатковому електроді 14, меншій величини напруги на низьковольтній вирізуючій діафрагмі електроди 10, 12, 14 можна електрично з'єднати. Якщо збільшити віддаль між низьковольтною вирізуючою діафрагмою 8 і електродом 10, то їх можна електрично з'єднати, електрод 10 виконує тоді роль фонової діафрагми, діафрагма 12 і електрод 14 при цьому мають самостійний вивід. Як правило, під фокусуюча лінза, утворена діафрагмами 4, 6, 8, вибирається сильною для збільшення струму пропускання через отвір 9 низьковольтної вирізуючої діафрагми 8 при співвідношенні напруг підфокусуюфого і прискорюючого електродів рівному 1/10-2/10. Для створення мінімального розміру другого кросовера лінза, утворена додатковим електродом 141 чашкою 17 анода також сильна, співвідношення напруг на додатковому електроді і аноді 1/60-1/20. Діаметр додаткового циліндричного електрода 14 складає 0,35-0,6 внутрішнього діаметра чашки 17 анода, верхня межа - 0,6 регламентується можливістю утворення пробою між анодом і додатковим електродом, тому циліндричний електрод такого розміру використовується при відносно невисоких (12-15 кВ) напругах анода, при цьому бажано використовувати в тонкостінних циліндрах завальцовку країв замість забортовки. Нижня межа розміру циліндра - 0,35 визначається зменшенням жорсткості системи додатковий електрод анод. При розмірі циліндричного електрода менше 0,35 довжина скоб велика, жорсткість електрода послаблена, можливе його зміщення при незначній дії на нього радіального зусилля. Були виготовлені ЕОС з діаметром циліндричного електрода 5,5 мм і анода 14 мм, а також відповідно 9 мм і 21 мм, 9 мм і 14 мм. При діаметрі циліндра 5,5 мм скоби або тримачі довгі, тому циліндричний електрод встановлюється на плоску діафрагму, яка закріплюється в ізоляторах. Довжина циліндричного електрода складає величину 0,75-1,5 його діаметра. Нижня межа 0,75 визначається величиною провисання поля, яке складає 1,5 радіуса циліндра, тобто 0,75 його діаметра. Довжина ЕПТ фіксована, щоб не збільшувати габаритний розмір ЕПТ, то верхня межа 1,5 обмежується довжиною двох циліндрів, які фіксуються в ізоляторах. Якщо довжину ЕПТ не фіксувати, то обмеження на верхню межу довжини циліндра не накладається. При порівнянні з лінзою, утвореною діафрагмою і циліндром, лінза, сформована циліндричними поверхнями додаткового електрода і чашки анода має менші аберації і менший кут розходження електронного пучка перед високовольтною вирізуючою діафрагмою, дякуючи чому можна збільшити струм через отвір вирізуючої діафрагми або при тому ж струмі променя, що в ЕОС прототипу (при тій же апертурі електронного пучка перед вирізуючою діафрагмою) можна зменшити розмір другого кросовера, зміщуючи його в сторону катода. При виборі апертури, розмір якої менший, ніж ЕОС прототипу, одночасно забезпечується зменшення розміру другого кросовера і відповідно діаметра електронної плями, а також зростання струму променя. Розрахунки конструкцій, проведені на ЕОМ, показали ефективність ЕОС, яка заявляється. Дана конструкція ЕОС дає можливість одночасно зменшити розмір електронної плями і підвищити струм променя (фіг.2, крива 2) або збільшити струм променя (абсциса 3) при збереженні того ж діаметра електронної плями або зменшити розмір електронної плями при тому ж струмовому навантаженні на екран (ордината 4) в порівняні з ЕОС прототиту (крива 1). Зменшення діаметра електронної плями і збільшення струму променя при цьому дозволяє підвищити роздільну здатність ЕПТ при більшому струмові променя. ЕОС може також працювати в режимі більшого струму, що забезпечується вибором розмірів отвору 9 в низьковольтній вирізуючій діафрагмі 8 і отвору 21 в високовольтній вирізуючій діафрагмі 20. Другий кросовер 27 при цьому необхідно змістити в сторону високовольтної вирізуючої діафрагми. Роздільна здатність в такому режимі роботи ЕОС зменшується. При переході до ще більших струмів для зменшення апертури електронного пучка в області магнітної системи фокусування (МСФ) другий кросовер необхідно змістити в сторону МСФ, при цьому другий кросовер формується після вирізуючої діафрагми, а високовольтна вирізуюча діафрагма з великим отвором виконує роль фонової діафрагми. Струм променя при цьому значно зростає при одночасному зменшенні роздільної здатності. Тим не менше, у всіх випадках у порівнянні з прототипом ЕОС, яка заявляється, формує другий кросовер меншого розміру, відповідно і електронну пляму меншого розміру, а значить має підвищену роздільну здатність при меншій апертур) електронного пучка перед вирізуючою діафрагмою, що приводить до збільшення струму променя (для ЕПТ з вирізуючою діафрагмою) або при меншій апертурі електронного пучка перед магнітною системою фокусування (при великому розмірі отвору в вирізуючій діафрагмі і зміщенні другого кросовера в сторону МСФ). Виготовлені ЕПТ типу 13ЛК з ЕОС, яка заявляється, показали, що роздільна здатність збільшилась з 100 тв.лін/мм (ЕПТ 13ЛК18А) і 115 тв.лін/мм (ЕПТ 13ЛК19У) до 140 тв.лін/мм.