В состав монитора на базе электронно-лучевой трубки входят:
· блок питания и т. д.
Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ, CRT, Cathode Ray Tube, катодно-лучевая трубка) представляет собой запаянную вакуумную стеклянную колбу, дно (экран) которой покрыто слоем люминофора, а в горловине установлена электронная пушка, испускающая поток электронов. С помощью формирующей и отклоняющей систем поток электронов модулируется для отображения нужного символа и направляется на нужное место экрана. Энергия, выделяемая попадающими на люминофор электронами, заставляет его светиться. Светящиеся точки люминофора формируют изображение, воспринимаемое визуально.
В компьютерах применяются монохромные и цветные мониторы. Монохромные мониторы существенно дешевле цветных, имеют более четкое изображение и большую разрешающую способность, позволяют отобразить десятки оттенков «серого цвета», менее вредны для здоровья человека. Разрешающая способность современных монохромных мониторов при совместной работе с хорошим видеоадаптером превышает 1600 ´ 1200 пикселов.
ПУШКА МОНИТОР ЗА 90$! Xiaomi Mi Surface Display 23.8′ / Посылка из Китая
В цветном CRT-мониторе используются три электронные пушки, в отличие от одной пушки, применяемой в монохромных мониторах. Каждая пушка отвечает за один из трех основных цветов: красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue), путем смешивания которых создаются все остальные цвета и цветовые оттенки, вплоть до 16 млн разных оттенков, предусмотренных стандартом True Color. Такие мониторы иногда называют RGB-мониторами, по первым буквам названия основных цветов, формирующих спектр.
ЭЛТ можно разбить на два класса:
1) с дельтаобразным расположением электронных пушек;
2) с планарным расположением электронных пушек.
Блок разверток может подавать в отклоняющую систему монитора напряжения разной формы, от которой зависит вид развертки изображения. Различают три типа разверток: 1) растровую; 2) матричную; 3) векторную.
Растровая развертка представляет собой набор непрерывных горизонтальных линий, последовательно заполняющих весь экран, то есть весь экран сканируется последовательно строка за строкой. Такая развертка выполняется при подаче на горизонтальные (для строк) и вертикальные (для кадров) отклоняющие пластины отклоняющей системы напряжений пилообразной формы.
Матричная развертка отличается от растровой тем, что заполняющие экран горизонтальные линии не непрерывны, а состоят из отдельных точек. Сканирующий электронный луч перемещается по экрану скачками от одного пиксела к другому. Такой эффект достигается при предварительном квантовании пилообразных напряжений, подаваемых в отклоняющую систему через цифро-аналоговые преобразователи. Обычно в составе такой системы имеются счетчики, что позволяет перемещать отклоняющий луч сразу в любую заданную точку экрана путем установки кодов в счетчиках строчной и кадровой развертки, соответствующих координатам нужной точки.
Векторная развертка используется для изображения на экране сложных фигур с помощью сплошных линий. Управление вертикальным и горизонтальным отклонением луча осуществляется с помощью набора функциональных генераторов, каждый из ко
торых настроен на формирование определенного простого графического контура (примитива).
В зависимости от вида управляющего лучом сигнала мониторы бывают аналоговые и цифровые.
В аналоговых мониторах ручное управление строится на основе поворотных потенциометров, в цифровых – на основе кнопок. В цифровых мониторах удобно строится многоуровневое экранное меню, использование заранее установленных графических режимов, но аналоговые мониторы позволяют более качественно, с большим количеством полутонов и цветовых оттенков формировать изображение на экране в супервысококачественных стандартах.
Мониторы выпускаются с экранами разных размеров.
Размер экрана монитора задается обычно величиной его диагонали в дюймах: для IBM PC-совместимых ПК приняты типоразмеры экранов 12, 14, 15, 17, 21 и 22 дюйма. Наиболее типичное значение размера экрана для 2006 года – 17″.
Такие мониторы имеют хорошую разрешающую способность, существенно удобнее в работе и менее вредны для здоровья (оператор дальше отодвигается от экрана), но они и заметно дороже, чем их более маленькие собратья. Мониторы с диагональю 14″ еще широко используются на практике, но в продаже их уже почти нет, мониторы с диагональю 15″ еще продаются, но былой популярностью уже не пользуются. Дело в том, что монитор – чрезвычайно вредный для здоровья человека компонент компьютера и экономить деньги при его покупке не следует. Поэтому лучше иметь монитор с большим экраном.
Важной характеристикой монитора является частота его кадровой развертки. Смена изображений (кадров) на экране с частотой 25 Гц воспринимается глазом как непрерывное движение, но глаз при этом из-за мерцания экрана быстро устает. Для большей устойчивости изображения и снижения усталости глаза у современных качественных мониторов поддерживается частота смены кадров (регенерации экрана) не ниже 70 — 75 Гц; при этом частота строчной развертки достигает величины 40 — 50 кГц и обеспечивается хорошая полоса частот видеосигнала – важный параметр, обусловливающий совместимость видеомонитора с видеоконтроллером (по четкости изображения).
Видеомониторы обычно могут работать в двух режимах: текстовом и графическом.
В текстовом режиме изображение на экране монитора состоит из символов расширенного набора ASCII, формируемых знакогенератором кодов формы всех отображаемых символов.
В текстовом режиме возможно изображение примитивных рисунков, гистограмм, рамок, составленных с использованием символов псевдографики. При выводе символа на экран сначала определяются его координаты (номер строки и номер столбца), а затем по коду символа соответствующий знакогенератор генерирует его форму, которая и высвечивается на экране. Максимальное число символов, которое может быть отображено на экране, называется информационной емкостью экрана. В обычном режиме на экране размещается 25 строк по 80 символов в каждой из них, то есть информационная емкость составляет 2000 символов. В других режимах может отображаться 50 и 60 строк и 40 и 132 символов в строке.
В графическом режиме на экран выводятся видеоизображения, сложные схемы и чертежи, надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных мозаичных элементов – пикселов (pixel – picture element). Разрешающая способность мониторов нужна, прежде всего, в графическом режиме и связана с размером пиксела. Измеряется разрешающая способность максимальным количеством пикселов, размещающимся по горизонтали и вертикали на экране монитора. Зависит разрешающая способность от характеристик монитора и характеристик видеоконтроллера. В общем случае каждому пикселу экрана соответствует несколько бит видеопамяти: для отображения 16,7 млн. цветовых оттенков пиксела, например, требуется 24 бита.
Стандартные значения разрешающей способности современных мониторов: 640 ´ 480, 800´600, 1024 ´ 768, 1280 ´ 1024, 1600 ´ 1200, 1800 ´ 1440, 1920 ´ 1440, 2048 ´ 1536, но реально могут быть и иные значения. Следует заметить, что чем больше разрешающая способность, тем меньше рабочая частота кадровой развертки у мульти-частотных мониторов, но в любом случае она не должна быть меньше 65 Гц.
Из характеристик видеоконтроллера наиболее влияет на разрешающую способность и качество изображения на экране монитора объем его видеопамяти.
Наиболее важной характеристикой самого монитора, определяющей разрешающую способность и четкость изображения на экране, является размер зерна (точки, dot pitch) люминофора экрана монитора: чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и тем меньше устает глаз. Величина зерна современных мониторов имеет значения от 0,25 до 0,28 мм. Строго говоря, определяется не диаметр зерна, а расстояние между центрами зерен.
Эргономичность монитора определяется как удачным подбором таких характеристик, как качество картинки на экране, габариты, вес, дизайн монитора, так в большей степени его безвредностью для здоровья человека. Персональные ЭВМ и видеотерминалы на электронно-лучевых трубках являются источниками широкополосных электромагнитных излучений: мягкого рентгеновского, ультрафиолетового, ближнего инфракрасного, радиочастотного, сверхвысокочастотного и инфранизкочастотного диапазона, а также электростатических полей.
Поэтому пользователям, ежедневно подолгу работающим на ПК, во избежание появления профессионального заболевания необходим постоянный медицинский контроль. Многие пользователи и не подозревают об этом и, жалуясь на появившиеся головные боли и головокружения, депрессию и раздражительность, боль в глазах и прогрессирующую близорукость, бессонницу, отсутствие аппетита, редко связывают эти недомогания с волшебным сиянием экрана. Работа даже с высококлассным оборудованием портит пользователю зрение, слух и дыхательную систему, неблагоприятно воздействует на нервную систему. Комплекс электромагнитных излучений способствует появлению кожной сыпи и опухолей. Следует заметить, что интенсивность многих излучений увеличивается с ростом частоты разверток монитора, но существенно уменьшается при хорошем экранировании; для электростатического поля первая зависимость не характерна.
Сейчас выпускаются в основном мониторы с низким уровнем излучения типа LR (Low Radiation), а некоторые и с защитой экрана от электростатических полей (мониторы типа AS – Anti Static), но они должны удовлетворять и спецификациям стандартов, разработанных Шведским национальным советом по измерениям и тестированию. Первая спецификация MPR I устанавливала нормы в основном для электромагнитных полей — полоса частот 1 — 400 кГц, вторая MPR II распространена и на электростатические поля, да и для электромагнитных в ней установлены существенно более жесткие нормы. Для профессиональных мониторов существуют еще более жесткие международные стандарты ТСО-92, ТСО-95, ТСО-99, ТСО-03 определяющие как допустимые величины различных излучений и полей, так и качество картинки на экране и даже режимы управления электропитанием мониторов.
Защитные фильтры для мониторов делятся на типы.
1) Сеточные фильтры практически не защищают от электромагнитного излучения и статического электричества, кроме того, они снижают контрастность изображения. Но они защищают (и хорошо защищают) от бликов внешнего освещения и мерцания экрана, что немаловажно для глаз.
2) Пленочные фильтры не защищают от статического электричества, почти не защищают от низкочастотного электромагнитного поля, но повышают контрастность изображения, почти полностью поглощают ультрафиолетовое излучение и снижают
уровень рентгеновского. От бликов защищают только поляризационные пленочные фильтры.
3) Стеклянные фильтры являются наиболее распространенными, они частично снимают статический заряд, ослабляют электромагнитные поля, ультрафиолетовое излучение, повышают контрастность изображения, устраняют статические поля, ультрафиолетовое излучение, значительно снижают электромагнитные поля и рентгеновское излучение, практически не дают бликов и повышают контрастность изображения.
Источник: libraryno.ru
Монитор (элт, жк, плазменный) (принципы работы, плюсы и минусы)
Монитор (дисплей, экран) является составной частью каждого компьютера и предназначен для обмена информацией между пользователем и компьютером. Монитор компьютера — это универсальное устройство, предназначенное для визуального отображения текстовой и графической информации.
Мониторы можно классифицировать различными способами:
- по виду выводимой информации (алфавитно-цифровые, графические и др.),
- по размерности отображения (2D, 3D),
- по типу видеоадаптера (VGA, SVGA и др.),
- по типу устройства использования (компьютерный монитор, рекламный монитор и др.)
Но, пожалуй, наиболее употребимой классификацией является классификация по типу экрана.
Следуя этой последней классификации на сегодня можно выделить три основных вида мониторов:
- электроннолучевые мониторы (Cathode Ray Tube);
- жидкокристаллические мониторы (Liquid Cristal Display);
- плазменные мониторы (Plasma Display Panel).
Первый вид мониторов. Даже люди, не обладающие особыми знаниями о компьютерной технике, знают, что первые мониторы имели большой, объемный вид и очень напоминали старые цветные телевизоры, причем не только внешне, но и по принципу устройства.
Подобные мониторы выпускают и сейчас, в современном, модернизированном виде. Их называют ЭЛТ, или мониторы с электроннолучевой трубкой. ЭЛТ — это монитор, который является электронно-вакуумным прибором в стеклянной колбе. Информация отображается на экране при помощи электроннолучевой трубки.
Электронная пушка, находящаяся в горловине прибора, нагревается и выдает поток электронов. Фокусирующая и отклоняющая катушки направляют этот поток в определенную точку экрана, который покрыт люминофором. Таким образом, под действием энергии электронов, из светящихся точек люминофора складывается изображение.
Достоинства ЭЛТ: высокое качество изображения
Недостатки ЭЛТ: электромагнитное излучение, габариты, масса
Второй вид мониторов — ЖК, или жидкокристаллические мониторы. Этот вид — самый распространённый на сегодняшний день. Само это название указывает на то, что в них используют свойства жидких кристаллов.
Принцип работы ЖК-монитора заключается в следующем. Светофильтр, расположенный в дисплее, создает две световые волны, пропуская ту из них, плоскость поляризации которой параллельна его оси.
Второй поляризационный светофильтр располагают напротив первого. При его вращении (смене оси поляризации) происходит изменение количества световой энергии между светофильтрами. Таким образом, регулируется яркость экрана, вплоть до полного прекращения прохождения света.
Для передачи цветности дисплей имеет еще один светофильтр, который содержит три ячейки (красную, синюю и зелёную) на каждый пиксель изображения.
Жидкокристаллические мониторы на современном компьютерном рынке занимают лидирующее положение, оставляя далеко позади электроннолучевые мониторы. Их преимущества очевидны. Во-первых, LCD-мониторы очень компактны, во-вторых, они не мерцают. К этому можно добавить хорошее качество (чёткость) изображения и отсутствие электромагнитного излучения.
Таким образом, LCD-монитор можно удобно и компактно разместить на рабочем столе, получать удовольствие от работы и просмотра фильмов на экране, и что самое важное, беречь при этом свое драгоценное зрение.
Первый, и самый значимый плюс ЖК монитора в том, что он компактен и занимает мало места, в отличие от своего собрата ЭЛТ.
Второй плюс — отсутствие в ЖК мониторе вредного излучения, в отличие от электронно-лучевой трубки, используемой ЭЛТ мониторами.
Третий плюс ЖК – правильная геометрия экрана. В жидко-кристаллических мониторах сохраняются чёткие пропорции, при которых квадрат остается квадратом, а не прямоугольником, круг будет кругом, а не эллипсом. В ЭЛТ мониторах также можно добиться правильной геометрии экрана путём специальных настроек, но это очень сложно даже в заводских условиях. В ЖК мониторах это свойство в крови.
Первый минус ЖК мониторов в ограниченном угле обзора. Все, наверное, помнят первые ЖК мониторы, на которых, если смотреть с боку, теряется цветность, и видны только контуры изображения. Со временем технологии развиваются и в настоящее время этот параметр удовлетворяет основным требованиям.
Второй минус ЖК монитора в яркости и контрастности. Эта проблема уже более-менее устранена и в настоящее время есть ЖК мониторы, у которых яркость достигает 400-500 единиц, а контрастность – вплоть до 700:1, чего вполне достаточно. остается лишь трудность в получении глубокого черного цвета.
Третий минус ЖК – возможность появления битых пикселей. Это пиксели, которые не зажигаются или постоянно горят, представляя собой нерабочую область. При наличии 5-ти битых пикселей вы можете обменять монитор по гарантии, при условии, что она у вас есть.
Четвёртый, последний минус в том, что если диагональ монитора больше 17 дюймов, например 19 и более, то добиться низкой скорости отклика весьма сложно. При быстрой смене сцене или движущихся обьектах обнаруживается смазанность и тянущиеся шлейфы. В ЭЛТ они полностью отсутствуют.
Третий вид мониторов — мониторы с плазменной панелью (Plasma Display Panel). Их стоимость более высока, чем у предыдущих двух видов мониторов.
Принцип действия плазменных мониторов основан на том, что при воздействии ультрафиолетового излучения, происходит световой разряд, при этом начинают светиться специальные люминофоры на экране. Возникает излучение в среде сильно разрежённого газа. При разряде между электродами образуется так называемый проводящий шнур, который состоит из ионизированных молекул газа (плазмы).
Схема управления Plasma Display Panel подает сигналы на проводники, которые нанесены на внутренние части стёкол панели. Таким образом, происходит кадровая развёртка.
Яркость каждого элемента изображения зависит от времени свечения соответствующей ячейки: наиболее яркие светят постоянно, тёмные — не горят вовсе. Светлые участки панели излучают равномерный свет, благодаря чему изображение на плазменной панели абсолютно не мерцает, обеспечивая оптимальную защиту для глаз.
Плюсы плазменных панелей:
1. Бoльшая поверхность излучения.
2. Высокий уровень контрастности и глубины цветов, особенно по черному.
3. Богатство оттенков и хорошая цветонасыщенность.
4. Более натуральная передача движений.
Минусы плазменных панелей:
1. Экран может выгорать как следствие высокой рабочей температуры.
2. Генерируется большее количество тепла.
1. 3.. Видна пикселизация – сегменты, зерно. Особенно — при отклонении угла обзора по вертикали.
3. Средний ресурс составляет 30 000 часов, то есть 9 лет, исходя из 8 часов просмотра в день.
Как работает LCD-дисплей
Похожие статьи:
- Внутренняя структура и принципы работы шредера.
- Характеристики жидкокристаллических мониторов
- Принципы гуманистической психологии в социальной работе
Источник: in-inch.ru
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
Рис. 1. Схема электронной пушки: 1 — катод; 2 — модулятор; 3 — первый анод; 4 — второй анод; е — траектории эл-нов.
гл. обр. в процессах термоэлектронной эмиссии, эмиссии из плазмы, автоэлектронной эмиссии. Формирование заданного распределения электронного пучка на выходе из Э. п. осуществляется подбором конфигурации и величины электрических и магнитных полей и явл. предметом электронной оптики (см. ЭЛЕКТРОННАЯ И ИОННАЯ ОПТИКА).
Термин «Э. п.» чаще применяют к устройствам для формирования высокоинтенсивных электронных пучков (сильноточные Э. п.); слаботочные Э. п., представляющие собой более простые совокупности электродов и используемые в клистронах, электронно-луче вых приборах и т. д., обычно наз. электронными прожекторами (рис. 2). Токи электронных пучков в слаботочных Э. п. могут иметь значения в пределах от десятков мкА до десятков А, а энергия зл-нов — доходить до сотен кэВ.
Рис. 2. Структурная схема осесимметричной электронной пушки, используемой в клистронах (показана в разрезе).
В сильноточной Э. п. создаются электронные пучки с существенно большими токами — до 104—107 А, энергией ускоренных эл-нов — до 10—20 МэВ и мощностью Обычно в сильноточной Э. п. при плотностях тока ?1 кА/см2 используются холодные катоды со взрывной электронной эмиссией. Образовавшаяся при взрыве микроострий катода прикатодная плотная плазма расширяется к аноду со скоростью v= (2—3)Х106 см/с и замыкает диод за время d/v (d — расстояние катод — анод), что ограничивает длительность тока пучка через диод временами =10-8—10-6 с.
Отличит. особенность Э. п. в режимах с большими токами состоит в сильном влиянии магн. поля пучка на траектории эл-нов. Как показывает расчёт, при токе диода I?8,5(?R/mc2d) (кА) (R — радиус катода, ? — полная энергия эл-нов у анода, mc2 — их энергия покоя) собств. магн. поле пучка эл-нов заворачивает эл-ны к оси этого пучка и увлекает его к центру анода (рис. 3). Такое «сжатие» пучка у анода приводит к экранированию центр. области катода пространственным зарядом пучка, вследствие чего эл-ны испускаются гл. обр. кромкой катода. Эффект «сжатия» наиболее ярко проявляется, если пространств. заряд и его электрич. поле частично компенсируются ионами плазмы, заполняющей приосевую область диода или покрывающей поверхность анода.
Рис. 3. Схема сильноточного диода: 1 — катод; 2 — слой катодной плазмы; 3 — типичная траектория электрона в диоде, имеющая спиралеобразную форму; 4 — типичная траектория иона в диоде; 5 — слой анодной плазмы; 6 — анод.
Плазма в диоде создаётся либо с помощью внеш. источников, либо в результате нагрева анода электронным пучком. При этом на аноде плотность тока сфокусированного пучка достигает 106—108 А/см2, а плотность потока энергии — ?1013 Вт/см2. Представление о пучке в этом случае условно, т. к. поперечная скорость эл-нов сравнима с продольной.
Если в пространстве у анода есть слой плотной плазмы, то ионы ускоряются электрич. полем к катоду, а ток в диоде переносится и эл-нами, и ионами. Теория и расчёт, подтверждаемые экспериментами, предсказывают, что в результате вз-ствия магн. поля с эл-нами их ток с увеличением R/d перестаёт нарастать (в отличие от ионного). Токи ионных пучков в сильноточных Э. п. достигают ?106A при эффективности > 70%. Эффект подавления электронных токов на периферии диода магн. полями, наз. магнитной изоляцией, используется в вакуумных передающих линиях, соединяющих источник питания с диодом Э. п. и выдерживающих без пробоя напряжённость электрич. поля ?107 В/см.
Э. п. находят широкое применение в технике и науч. исследованиях, в частности в телевиз. системах, электронных микроскопах, электронно-оптических преобразователях, используются для плавки и сварки металлов и т. д. Сильноточные Э. п. используются для нагрева плазмы, коллективного ускорения заряж. ч-ц, получения тормозного излучения, ондуляторного излучения и потоков нейтронов, генерации СВЧ-колебаний и лазерного излучения, в исследованиях по физике тв. тела.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА
-электронно-оптич. система, формирующая электронный пучок. Практически Э. п. наз. системы, формирующие высокоинтенсивные пучки с большим первеансом; системы, образующие узкие неинтенсивные пучки — электронные лучи, используемые в разл. электронно-лучевых приборах, чаще наз. электронными прожекторами (см. Электронно-лучевые приборы).
Формирование интенсивных электронных пучков (с первеансом >=10 -7 А/В 3/2 ) системой электронных линз затруднительно, т. к. собств. пространств. заряд электронов пучка существенно искажает фокусирующие поля линз. Кроме того, само понятие «фокусировка» условно для интенсивных пучков, т. к. такие пучки принципиально невозможно свести в точку (фокус). Поскольку интенсивный пучок в свободном от электpич. и магн. полей пространстве неограниченно расширяется, формирование устойчивого интенсивного пучка определ. конфигурации возможно лишь при условии компенсации расталкивающей силы пространств. заряда электронов пучка противоположно направленными силами, создаваемыми внешними (по отношению к пучку) электрич. и магн. полями. Поэтому Э. п. должна содержать электроды, создающие вблизи границы пучка распределение потенциала, обеспечивающее равенство нулю нормальной к границе пучка составляющей напряжённости электрич. поля. Кроме того, для устойчивости пучка необходимо, чтобы при смещении электронов с границы пучка в любую сторону возникала сила, возвращающая их на границу пучка.
Задача формирования интенсивных пучков решается двумя методами — методом анализа и методом синтеза.
В первом случае конфигурацию и потенциалы электродов формирующей системы выбирают ориентировочно и рассчитывают с помощью ЭВМ траектории электронов с учётом пространств. заряда. Если полученный пучок не удовлетворяет поставленным требованиям, вносят необходимые изменения формы и потенциалов электродов и снова рассчитывают траектории и т. д., до получения пучка с требуемыми параметрами. Этот метод очень трудоёмок и требует высокой квалификации разработчика.
Большее распространение получил метод синтеза, при использовании к-рого заданными являются параметры пучка-форма, первеанс или энергия и ток пучка, а определяемыми- необходимые для формирования данного пучка электрич. и магн. поля. В этом методе решаются две задачи-внутренняя и внешняя. Внутр. задача включает решение системы ур-ний, описывающих движение электронов внутри пучка, нахождение соотношений, характеризующих электрич. и геом. параметры пучка; внешняя — нахождение электрич. полей, создаваемых системой электродов с определ. потенциалами, и магнитных, создаваемых катушками с током или пост. магнитами. Во внутр. части задачи распределение потенциала в пучке описывается ур-нием Пуассона, во внешней — распределение потенциала вне пучка описывается ур-нием Лапласа.
Метод синтеза базируется на известных решениях внутр. задач для неограниченных ламинарных потоков между двумя параллельными плоскостями, двумя соосными цилиндрами и двумя концентрич. сферами. Связь между током I и напряжением U в этих потоках описывается «законом трёх вторых» (I=PU 3/2 , P- первеанс); в этом случае все траектории прямолинейны и совпадают с силовыми линиями электрич. поля. Распределение потенциала вдоль любой траектории удовлетворяет соотношению U(z) = Az 4/3 (A — множитель, определяемый первеансом; z- координата, отсчитываемая вдоль любой траектории). Прямолинейность траекторий означает отсутствие силы, искривляющей траекторию, т. е. равенство нулю нормальной к траектории составляющей напряжённости электрич. поля (En = 0).
Создание системы формирования интенсивных пучков с помощью электрич. поля сводится к «вырезанию» из неограниченных потоков, для к-рых известны решения внутр. задачи, ограниченных пучков необходимой конфигурации; непременным условием при этом является совпадение границы пучка с прямолинейными траекториями. Из неограниченного потока между двумя параллельными плоскостями можно сформировать пучок любого поперечного сечения с границами, перпендикулярными исходным плоскостям: напр., в виде цилиндра с образующими, совпадающими с прямолинейными траекториями (осесиммет-ричный пучок), или в виде параллелепипеда с рёбрами, совпадающими с траекториями (ленточный пучок). Из потока между двумя соосными цилиндрами можно «вырезать» клиновидный сходящийся ленточный пучок, из потока между двумя концентрич. сферами-сходящийся конический осесимметричный пучок.
Простое «отбрасывание» оставшейся вне вырезанного ограниченного пучка части потока приведёт к изменению условий на границе пучка, в частности не будет выполнено требование Е n =0. Устойчивый ограниченный пучок можно сформировать, создав вне пучка электрич. поле, эквивалентное полю пространств. заряда отброшенной части потока.
Это поле должно быть создано системой электродов, расположенных вне пучка. Форма и потенциал этих электродов определяются из решения ур-ния Лапласа с граничными условиями, вытекающими из решения внутр. задачи: распределение потенциала вдоль границы пучка определяется «законом 3/2» и нормальная к границе пучка составляющая Е n =0в любой точке поверхности пучка. С достаточной для практич. целей точностью внеш. поле, формирующее устойчивый пучок, может быть создано двумя электродами — прикатодным (фокусирующим), совпадающим по форме с нулевой эквипотенциальной поверхностью, и анодным, совпадающим по форме с эк-випотенц. поверхностью, имеющей потенциал ускоряющего электрода (анода). Для пучков с прямолинейными траекториями имеются аналитич. решения внеш. задачи, согласно к-рым нулевая эквипотенц. поверхность образует с границей пучка угол 67,5°, все остальные эквипотенциали (с U>0)подходят к границе пучка под прямым углом.
Созданные на основе рассмотренного принципа системы формирования интенсивных пучков наз. системами или п у ш к а м и П и р с а. Такие Э. п. состоят из источника электронов — катода (обычно термоэлектронного), прика-тодного (фокусирующего) электрода и анода с отверстием для выхода сформированного пучка (рис. 1). Внеш. поле, формирующее пучок, должно достаточно точно соответствовать рассчитанному в непосредств. близости к границе пучка, что и определяет конфигурацию и потенциалы электродов вблизи пучка; вдали от пучка форма электродов выбирается с учётом конструктивных и технол. требований.
Рис. 1. Электродная система пушки Пирса: 1-катод; 2 — анод; 3 — фокусирующий электрод.
Многие Э. п. должны формировать пучки с большой плотностью тока (до десятков и сотен А/см 2 ), в то же время реальные термокатоды имеют ограниченную эмиссионную способность и увеличение токоотбора резко снижает срок службы катодов. Поэтому используются Э. п. с большой компрессией (сжатием) электронного пучка — площадь сечения сформированного пучка на выходе из анодного отверстия в десятки и сотни раз меньше площади эмитирующей поверхности катода; наиб. распространение получили пушки Пирса, формирующие сходящиеся осе-симметричные и ленточные пучки.
Любая Э. п. не только формирует пучок необходимой формы, но и ускоряет электроны пучка до необходимой энергии электрич. полем между анодом и катодом. Магн. поле, не изменяющее энергию электронов пучка, используется для дополнит. формирования (фокусировки) пучка.
Поскольку сформированный пушкой электронный пучок на выходе из анодного отверстия за счёт кулоновского расталкивания неограниченно расширяется, получение протяжённого пучка ограниченного сечения возможно лишь при компенсации расталкивающего действия пространств. заряда внеш. электрич. или магн. полями. Ограничить расширение пучка можно с помощью продольного магн. поля (однородного или уменьшающегося в направлении катода) или последовательностью электронных линз (электростатических или магнитных), расположенных вдоль пучка. В Э. п., формирующих пучки с параллельными траекториями, используется продольное однородное магн. поле, силовые линии к-рого совпадают с траекториями, а вблизи катода и с электрич. силовыми линиями, что обеспечивает существование протяжённого устойчивого пучка. В Э. п. с компрессией ограничивающее магн. поле уменьшается в прикатодной области, что обеспечивает примерное совпадение электрич. и магн. силовых линий. Такие пушки с частично экранированным катодом позволяют формировать высокопервеансные пучки.
Для формирования интенсивных трубчатых пучков (имеющих в сечении форму кольца) используются системы со скрещенными электрич. и магн. полями — магнетронные пушки. Схема электродной системы магнетронной пушки приведена на рис. 2. Внутр. катод и наружный анод конич. формы (один из электродов может иметь форму цилиндра) помещены в продольное однородное магн. поле.
За счёт ускоряющего электрич. поля анода эмитированные катодом электроны движутся в направлении анода, а за счёт магн. поля траектории искривляются, приближаясь к циклоиде (как в магнетроне). При достаточно большой величине магн. индукции, большей критической, электроны перестают доходить до анода, между катодом и анодом создаётся облако пространств. заряда, вращающееся вокруг катода. Продольная составляющая электрич. поля, возникающая вследствие наклона к оси образующих катодного и анодного электродов, смещает электроны вдоль оси — формируется трубчатый электронный пучок. С помощью магнетронных пушек удаётся сформировать трубчатые электронные пучки с первеансом в несколько десятков мкА/В 3/2 .
Рис. 2. Магнетронная электронная пушка: 1-катод; 2- анод; 3 — электронный пучок.
Разновидностью систем формирования электронных пучков являются Э. п. с модуляцией тока пучка. Управление током пучка в этих пушках производится спец. управляющим электродом, к-рый может быть выполнен в виде штыря, проходящего через отверстие в середине катода, сетки, помещённой между катодом и анодом, и толстой диафрагмы, расположенной вблизи анода. Изменение потенциала управляющего электрода позволяет в широких пределах — от нуля (запирания пушки) до максимально возможного для данной системы значения — изменять ток пучка.
Лит.: Алямовский И. В., Электронные пучки и электронные пушки, М., 1966; Молоковский С. И., Сушков А. Д., Интенсивные электронные и ионные пучки, 2 изд., Л., 1991.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Источник: rus-physical-enc.slovaronline.com