книги / Проектирование электронно-лучевых приборов
..pdfБольшой интерес с точки зре |
|
||||||||||
ния структурного проектирования |
|
||||||||||
представляет |
другая |
постановка |
|
||||||||
задачи |
синтеза: |
при |
|
заданных |
|
||||||
входном зазоре $о, ускоряющем |
|
||||||||||
потенциале Цуск и длине / полу |
|
||||||||||
чить |
значение |
максимального |
|
||||||||
угла |
отклонения |
(или |
тангенса |
|
|||||||
этого |
угла, обозначенного выше |
|
|||||||||
через х) |
|
при заданном |
потенциа |
|
|||||||
ле отклонения 6/ОТкл. Такая |
по |
|
|||||||||
становка |
задачи |
существенно от |
|
||||||||
личается |
от |
предыдущей. |
Она |
|
|||||||
обоснована тем, что в ТЗ обычно |
|
||||||||||
задаются |
величина рабочей |
ча |
|
||||||||
сти экрана и чувствительность к |
|
||||||||||
отклонению и тем самым опреде |
|
||||||||||
ляется |
|
|
предельная |
амплитуда |
|
||||||
сигнала |
|
на |
отклоняющих |
пла |
|
||||||
стинах |
Иоткл. |
Именно |
величину |
|
|||||||
(/откл макс |
целесообразно |
считать |
|
||||||||
исходной |
при |
проектировании |
|
||||||||
ОС, поскольку величина |
откло |
|
|||||||||
нения |
на |
экране |
зависит |
от |
рас |
Рис. 3.15. Зависимость тангенса мак |
|||||
стояния |
|
до экрана, |
а |
чувстви |
симального угла отклонения от дли |
||||||
тельность ОС |
(в том |
числе угло |
ны пластин оптимальной формы при |
||||||||
разных значениях А = ^ 2 У уск/{/отг, |
|||||||||||
вая) |
является |
промежуточным |
|||||||||
(сплошные линии 11= 0,8; штриховые |
|||||||||||
параметром при |
проектировании |
11=0) |
|||||||||
ЭОС, |
|
включающем |
|
элементы, |
|
||||||
усиливающие |
отклонение. |
|
|
|
|||||||
Для |
того |
чтобы результаты исследования имели более широ |
кое применение, полезно перейти к безразмерным параметрам и задавать все линейные, размеры, относя их к 50, а потенциалы — в виде их отношения А [см. (3.76)]. При этом получается одно трансцендентное уравнение для величины х при заданных значе ниях 7= / / 50, А и т] (расстояние до экрана Ь можно не задавать, поскольку целью является получение максимального значения х). По результатам его численного решения на ЭВМ для двух край них значений г| (0,8 и 0) построены зависимости (рис. 3.15). Пря молинейные участки на сплошных кривых (для 11= 0,8) соответ ствуют отклонению полем параллельных пластин, когда значение хп задается выражением (3.796). При решении уравнения опре деляется также координата центра отклонения, что вместе со зна чением максимального угла отклонения хп полностью характери зует ОС с точки зрения структурного проектирования.
Особенности моделирования магнитных ОС. Для магнитных ОС применимы
как изложенные выше методы траекторного анализа, так и элементы синтеза
оптимальной образующей поверхности магнитопровода. При этом в дополнение к перечисленным выше характеристикам первого лорядка при расчете магнитных ОС для кинескопов цветного телевидения важную роль играет так называемое несведение, т. е. максимальная разность координат вертикальных или горизон тальных линий, формируемых на экране лучами зеленого, красного и синего цве тов лри изображении белой линии тест-таблицы в различных зонах экрана. Эта разность может быть определена численным расчетом центральной траектории
каждого |
из лучей. Для расчета поля магнитных ОС и траекторий электронов |
в этом |
поле могут использоваться разновидности методов, описанных в § 3.2, |
но при этом следует учитывать модельные органичения, накладываемые этими методами, которые могут вызывать расхождение с экспериментом при больших углах отклонения (более 90°). В таких случаях целесообразно использовать аль тернативные методы [59, 60], основанные на уточненных моделях. При необхо димости синтез оптимальной формы образующей магнитопровода может быть осуществлен по методике, аналогичной изложенной выше с учетом отличий в фи
зической постановке задачи.
Одной из проблем проектирования отклоняющих систем оста ется оценка информационных качеств отклоненного пятна. Полу чение таких оценок посредством траекториого анализа требует дальнейшего повышения точности решения полевой задачи, при менения алгоритмов расчета траекторий, основанных на методе главной траектории, а также разработки алгоритмов определения характеристик отклоненного пятна. Работы по развитию траекторного анализа в этом направлении ведутся, и в ближайшем будущем следует ожидать появления «промышленных» алгорит мов и программ оценки характеристик отклоненного пятна, а пока можно рекомендовать использование приближенных алго ритмов [22].
3.6. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПОСЛЕУСКОРЕНИЯ
Несмотря на конструктивное разнообразие систем послеускорения (см. § 1.3), общим для них является воздействие поля на пучок, отклоненный в двух направлениях, поэтому при моделиро вании систем послеускорения (СПУ) необходимы исходные дан ные о характеристиках отклоняющих систем, полученные с по мощью методики, изложенной выше. Считая, что между ОС и СПУ пучок не испытывает действия полей, можно описывать ОС как осевые источники, координаты которых совпадают с коорди натами соответствующих центров отклонения, а предельный угол вылета определяется максимальным углом отклонения. Эти па раметры определяются в результате траекториого анализа откло няющих систем и в дальнейшем будут считаться заданными.
Наиболее полно особенности траекториого анализа СПУ мож но рассмотреть на примере сеточных СПУ, в которых сформиро ванный и сфокусированный пучок, ускоренный потенциалом {Ууск, отклоняется сигнальными и временными отклоняющими си
пе
Рис. 3.16. Конструктивные схемы СПУ:
а—общая схема; б — иммерсионная линза; о —линза с плоской сеткой; г —линза с выпук |
||||
лой сеткой; б — линза с корректором; / — отклоняющие |
системы; 2—сетчатый |
электрод; |
||
3 — токопроводящее |
покрытие; |
4 — траектория электрона; |
гх, гу — координаты |
центров от |
клонения; а —угол |
отклонения; |
I г а '—координата центра |
отклонения и угол отклонения на |
выходе линзы СПУ; 1п — зазор между электродами линзы СПУ; Яс—радиус кривизны вы пуклой сетки; 1п — высота корректирующего кольца
стемами, проходит сквозь сетку и ускоряется полем СПУ до по тенциала экрана Цэ (рис. 3.16). Наличие сетки исключает про висание поля послеускорения в низкопотенциальную область, где осуществляется отклонение пучка. Между сеткой, находящейся под потенциалом 1УуСк, и внутренним токопроводящим покрытием баллона, находящимся под потенциалом (Уэ, образуется иммер сионная линза. Форма сетки определяет конфигурацию эквипотенциалей линзы, которая обладает рассеивающим действием, увеличивающим отклонение пучка.
При траекторном анализе линзы СПУ [61] сетка считается сплошным электродом, прозрачным для электронов, а действие ее ячеек рассматривается отдельно. Геометрия СПУ считается осесимметричной поскольку для баллонов с прямоугольным эк раном в неосесимметричиой области напряженность поля близка к нулю. В качестве исходных данных используются координаты центров отклонения и чувствительность ОС, полученные из их траекторного анализа. Это дает возможность задавать с некото рым шагом углы отклонения а*,- и аУх и просчитывать соответст вующие траектории, считая известными отклоняющие потенциа лы 11Х1 и ИУг. Уравнение дважды отклоненной траектории мож
Используя для траекториого анализа бессеточных СПУ мето дику решения трехмерных полевых задач [35], можно распрост ранить на них основные приемы определения характеристик се точных СПУ, изложенные выше. Одним из немногих дополнений, связанных с астигматичностыо бессеточных СПУ, является необ ходимость определения двух разных зависимостей угловых увели чений Г* и Г?; от координаты центра отклонения и двух значений
«главной плоскости» г ^ у и г^]у> |
необходимых для исполь |
зования при структурном проектировании. |
3.7. СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Необходимым условием для осуществления структурного про ектирования ЭОС является знание зависимостей двух родов:
1) зависимостей, связывающих электронно-оптические харак теристики каждого из ФЭ с параметрами его геометрии и ре
жима; 2) зависимостей, связывающих электронно-оптические харак
теристики различных ФЭ и ЭОС в целом.
В качестве примера зависимостей первого рода можно приве-
сти выражения для радиусов |
рабочей зоны катода /?0 |
(3.22) и |
/?эФ (3.39), размеров объекта |
г0б (3.49), КЧХ пушки |
(3.48)— |
(3.53) и линзы (3.67), (3.68) и т. п. К зависимостям второго рода можно отнести выражения для радиуса изображения гиз (3.65), КЧХ ЭОС с диафрагмированием (3.64) и без него (3.69), КЧХ ЭОС и прибора в целом через КЧХ его элементов (3.18) и др.
Зависимости первого и второго рода могут выражаться не только аналити чески, но и в виде таблиц (графиков), полученных по результатам численных или натурных экспериментов. Примерами здесь могут служить графики зависимо стей фокусного расстояния пушки /, координаты г 0б и радиуса объекта г0б, углового увеличения линзы СПУ Г от параметров геометрии и режима соответ ствующих ФЭ.
При использовании ЭВМ зависимости, для которых нет аналитических вы ражений, могут храниться в табличном виде в памяти машины. Распространен ным является также алгоритмическое задание зависимостей, когда в составе при кладного программного обеспечения САПР имеются алгоритмы, позволяющие получать значения электронно-оптичеоких характеристик .при задании набора па раметров конструкции и режима. К числу таких алгоритмов .относятся и описан ные в настоящей главе алгоритмы траекториого анализа ФЭ ЭОС.
Электронно-оптические и токовые характеристики, а также не которые из параметров конструкции и режима функционального элемента могут рассматриваться как показатели его качества. Например, при равных значениях всех прочих параметров лучше та пушка, которая позволяет получить меньший размео объекта
горловины и ограничениями на мощность отклонения входит в ТЗ на проектирование магнитных отклоняющих систем.
Предварительные данные о конструкции этих систем позволя ют задать ограничения на расположение линзы и других электро статических ФЭ так, чтобы обеспечить разделение фокусирующе го и отклоняющих полей. При проектировании ЭОС с большими углами отклонения (50° и более) дополнительным требованием к фокусировке является минимизация угла схождения пучка на эк ране, а в остальном ФЭ, формирующие и фокусирующие пучок, могут проектироваться независимо от отклоняющих систем.
В ЭЛП с электростатическим отклонением, в особенности в •современных осциллографических приборах, для повышения чув ствительности к отклонению часто используются линзы усиления отклонения (ЛУО) и системы послеускорения, оказывающие вли яние на фокусировку пучка. В этом случае «отклоняющую часть» ЭОС, включающую электростатистические отклоняющие системы и (при необходимости) ФЭ, усиливающие отклонение, целесооб разно рассматривать отдельно. Структурное проектирование «от клоняющей части» осуществляется в первую очередь, и его ре зультаты дают исходные данные для проектирования «формиру- тоще-фокусирующей части».
Таким образом, для большинства приемных ЭЛП задачу структурного проектирования ЭОС можно разделить на две под задачи:
1) проектирование ФЭ, осуществляющих отклонение пучка (с возможным его усилением), исходя из требований к чувстви тельности, размерам рабочей части экрана и т. п.;
2) проектирование ФЭ, осуществляющих формирование и фо кусировку пучка, исходя из требований к размеру пятна в цент ре экрана, углу схождения пучка, току луча и т. п.
Это не означает полного разделения двух подзадач. Напротив, решение первой доопределяет постановку второй; обе подзадачи имеют общие параметры (промежутки вдоль оси прибора, отводи мые на размещение каждого ФЭ, значение ускоряющего потен циала, размер объекта и т. п.), однако их вычислительные моде ли могут строиться отдельно.
Проектирование ФЭ, осуществляющих отключение. На
рис. 3.19 представлена структурная схема «отклоняющей части» ЭОС осциллографического ЭЛП, содержащей две отклоняющие системы (ОС* и ОС7/) и осесимметричную систему послеускоре ния. Для структурного проектирования такой ЭОС должны быть заданы в числе других следующие параметры:
размеры половин рабочей части экрана Ох и Б у] чувствительность к отклонению 5* и З у; ограничения на нелинейность отклонения и геометрические ис
кажения;
максимальная длина от катода до экрана I;