РАБОТА ЭКРАНОВ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБОК

Движение электронов в электронно-лучевой трубке происходит несколько иначе, чем в обычных электронных лампах. В электронных лампах поток электронов собирается на аноде, находящемся под некоторым положительным потенциалом, и через него замыкается на внешнюю цепь. В трубках же электроны собираются на экране, который вначале совершенно не имеет потенциала, а приобретает его в процессе работы. В дальнейшем электроны (уже ни вторичные) все же поступают на ускоряющий анод и через него во внешнюю цепь.
Электроны, излучаемые катодом электронно-лучевой трубки (рис. 18), вылетают за пределы управляющего электрода УЭ под действием ускоряющего электростатического поля. Часть электронов луча, имеющих большие углы с осью трубки, задерживается диафрагмами первого анода   и образует ток в его цепи. Электроны же центральной части луча проходят через второй анод   и с большой скоростью устремляются к экрану Э.
 
Рис. 18. Схематическое изображение движения электронов в трубке
Экран электронно-лучевой трубки в результате электронной бомбардировки начинает излучать вторичные электроны. Эти электроны, отталкиваясь от электронного луча, несущего отрицательный заряд, медленно движутся вдоль стенок трубки к ускоряющему аноду (который обычно заземляется), имеющему наиболее высокий потенциал. Вторичные электроны и создают ток в цепи второго анода, возвращаясь к катоду по цепям питания. В процессе работы быстро наступает динамическое равновесие между поступающими на экран и уходящими с него электронами. Между экраном и ускоряющим анодом устанавливается такая разность потенциалов (экран обычно имеет потенциал на несколько вольт ниже потенциала анода), при которой на анод приходит столько же вторичных электронов, сколько на экран первичных. Точка на экране, в которой происходит вторичная эмиссия, светится, и благодаря этому местонахождение электронов на экране становится видимым. Оно имеет вид светящегося пятна, диаметр которого соответствует диаметру электронного луча.
Электроны луча, движущиеся от катода к экрану, обладают некоторым запасом кинетической энергии Е, который можно определить по формуле:
 ,                    (15)
где     Е – кинетическая энергия в э-в; 
     m – масса электронов в г; 
      v – скорость электронов в см/сек;
      е – заряд электрона в абсолютных электростатических единицах; 
     U – разность потенциалов, проходимая электроном в ускоряющем поле, в в;
  – ¬коэффициент перехода от электростатических единиц к практическим;
Ускоренный и сфокусированный электронный луч, ударяясь о флуоресцирующий экран электронно-лучевой трубки, отдает ему свой запас кинетической энергии. Некоторая часть ее (5 – 10 %) переходит в видимое излучение, а большая часть (90 – 95 %) – в тепло и идет на вырывание вторичных электронов. При неудачной конструкции трубки это может приводить к значительному нагреву экрана. Высокая температура экрана сильно снижает его люминесцентную способность и в области 250° – 450° полностью тушит люминесценцию.
Свободные вторичные электроны имеют существенное значение в работе экрана – они определяют потенциал экрана по отношению к катоду. Материал экранов электронно-лучевых трубок – очень плохой проводник. Удельное сопротивление большинства люминофоров лежит в пределах   ом, в то время как ток в трубке может достигать 300 мка. При таком токе проводимости самого люминофора далеко недостаточно для снятия заряда с экрана. Избыточные электроны, оседая на нем, создают на экране отрицательный заряд, мешающий работе трубки. Этот отрицательный заряд и снимается при помощи вторичных электронов.
Для нормальной работы трубки число вторичных электронов ( ), покидающих слой люминофора, должно быть больше числа первичных ( ) или равно ему. Число же вторичных электронов зависит от скорости бомбардирующих электронов луча, т.е. ускоряющего напряжения. При малых ускоряющих напряжениях   экран беспрепятственно заряжается электронным лучом отрицательно. Поэтому скорость бомбардирующих электронов быстро падает и, когда все первичные электроны, отталкиваемые отрицательным зарядом экрана, начнут поступать на ускоряющий электрод, минуя слой люминофора, свечение экрана совсем прекратится.
 
Рис. 19. Изменение динатронного коэффициента экрана 
в зависимости от ускоряющего напряжения
Отношение числа вторичных электронов к числу первичных  , представляющее собой динатронный коэффициент экрана, растет почти линейно с увеличением ускоряющих напряжений (участок I на рис. 19) и достигает максимального значения на участке II. С дальнейшим ростом ускоряющих напряжений число вторичных электронов уменьшается почти по линейному закону  (участок III). Точка N на графике соответствует значению  , равному единице. Это точка неустойчивого равновесия, так как при незначительном уменьшении ускоряющего напряжения   число вторичных электронов уменьшается  и экран получает отрицательный заряд. Устойчивое равновесие наступает в точке S. При уменьшении   экран, заряжаясь положительно, повышает скорость первичных электронов до величины  . Если же скорость первичных электронов окажется больше  , то экран зарядится отрицательно и уменьшит их скорость до величины  .
При ускоряющем напряжении   потенциал экрана приобретает устойчивый характер. Он как бы автоматически сам себя регулирует, стремясь к потенциалу ускоряющего анода. В зависимости от плотности тока в луче потенциал экрана при напряжении   может быть немного больше или меньше потенциала ускоряющего анода. При дальнейшем увеличении ускоряющего напряжения   первичные электроны начнут проникать в слой люминофора так глубоко, что количество выбиваемых вторичных электронов снизится и коэффициент   станет меньше единицы. Потенциал экрана начнет отставать от потенциала второго анода.
Таким образом, при определенном для каждого люминофора значении ускоряющего напряжения   потенциал экрана может достигать только некоторого определенного значения, называемого предельным потенциалом экрана. Величина его зависит от материала люминофора и состояния его поверхности. Наименьший предельный потенциал (400 в) имеет вольфрамат кальция. Предельный потенциал чистого виллемита примерно равен 6500 в, сульфида цинка – 10 000 в и т.д. Предельный потенциал стекла, применяемого для электронно-лучевых трубок, не превышает 4000 в.
Стеклянные стенки электронно-лучевой трубки во время ее работы также приобретают некоторый потенциал, примерно равный потенциалу ускоряющего анода. Ввиду небольшой разницы между потенциалами экрана и анода вторичные электроны, выбитые из экрана, несколько задерживаются около него, создавая пространственный заряд.
Вследствие этого стенки трубки заряжаются отрицательно, что неблагоприятно сказывается на фокусировке электронного луча.
Для быстрейшего устранения пространственного заряда стенки трубки около экрана иногда покрывают слоем металла или аквадага. Созданный таким образом дополнительный электрод, называемый третьим анодом или ускорителем, соединяют со вторым анодом либо подают на него повышенное напряжение, увеличивающее яркость свечения экрана. Проводящий слой третьего анода покрывает большую часть свободной поверхности стекла от экрана до второго анода. Это обеспечивает равномерность поля вблизи экрана и устраняет блуждающие заряды на стекле, которые мешают управлению лучом. Использование слоя аквадага в качестве третьего анода целесообразно еще и потому, что черный цвет его уничтожает отражения от зеркальной поверхности стекла, благодаря чему улучшается контрастность изображения на экране.