Н. — То ли это явление, которое происходит во флуоресцирующих лампах, все шире используемых в кафе и магазинах?
Л. — Ну да. В этих лампах электрический разряд в ртутных парах дает ультрафиолетовые лучи, не ощущаемые нашим глазом. Однако, падая на флуоресцирующее вещество, которым покрыты внутренние стенки экрана, ультрафиолетовые лучи вызывают видимое световое излучение.
Н. — Твоя флуоресцирующая лампа, мне кажется, совершенно подобна супергетеродину.
Л. — ??
Н. — Разве это не преобразователь частоты, преобразующий очень высокую частоту ультрафиолетовых лучей в менее высокую частоту видимого света?..
Л. — Ты совершенно прав. Но ближе к делу. У нас есть электронная пушка, посылающая свои снаряды на экран, который начинает светиться. Так как при стрельбе происходит рассеивание, на экране образуется широкое световое пятно. Пробовать получить изображение при помощи этого пятна было бы так же бесполезно, как пытаться нарисовать картину при помощи платяной щетки.
Н. — Вот мы и вернулись опять к проблеме фокусировки. Как ты думаешь пробудить в электронах дух солидарности?
Л. — Я могу это сделать при помощи «электронной линзы». В этом термине нет ничего неправильного, потому что электронные лучи на пути от катода до экрана ведут себя более или менее подобно световым. Они подчиняются законам «электронной оптики», которая имеет много общего с разделом физики, рассматривающим поведение световых лучей.
Н. — Уж не хочешь ли ты мне сказать, что электронной линзой служит диск из двояковыпуклого стекла? Ведь электроны не могли бы пройти через него.
Л. — Подобную линзу получают, помещая за первым анодом второй, имеющий более высокий потенциал (а иногда даже и третий). Электрическое поле между анодами действует на элементарные электрические заряды, какими являются электроны, изменяя их траекторию и стремясь направить их к оси трубки. И вот таким-то образом электроны образуют сходящийся пучок (рис. 14).
Рис. 14. Электростатическая фокусировка электронного пучка.
1 — управляющий электрод; 2 — первый анод; 3 — второй анод.
Н. — А наш триод превращается в тетрод или даже пентод?
Л. — У него будут в некоторой степени свойства тетрода. В частности, изменения напряжения на последнем аноде почти не будут оказывать влияния на количество электронов, образующих электронный луч, т. е. на интенсивность тока в вакууме.
Н. — Какие же напряжения прикладываются к электродам?
Л. — На первом аноде относительно небольшое напряжение, порядка 220 в. Зато второй анод находится под высоким напряжением в несколько тысяч вольт. При этом напряжение на первом аноде можно изменять, влияя таким образом на распределение электрических полей и тем самым изменяя «кривизну» электронной линзы.
Н. — Значит, электронная линза совершеннее обычной оптической линзы?
Л. — Нет, не всякой. Вот, например, глазной хрусталик тоже обладает способностью изменять свою кривизну, чтобы приспосабливаться к рассматриванию близких и удаленных предметов.
Н. — Значит, регулируя напряжение на первом аноде, изменяют фокусировку пучка?
Л. — Совершенно верно. Стараются получить очень узкий пучок, дающий на экране светящееся пятно очень небольших размеров, которое и является элементом растра, определяющим размер элемента изображения.
Н. — По что делается с электронами, достигшими экрана? Нужно, чтобы они вернулись к источнику высокого напряжения, каков бы он ни был.
Л. — Вот вопрос, который раньше мало интересовал изготовителей трубок. Электроны, падающие на экран с большой скоростью…
Н. — Какого порядка?
Л. — Эта скорость зависит от напряжения, приложенного к последнему аноду, и пропорциональна квадратному корню из этого напряжения. Так, при 10 000 в на этом аноде электроны будут иметь скорость около 60 000 км/сек. Но при 20 000 в она едва превзойдет 80 000 км/сек.
Н. — Какой же смысл увеличивать эту скорость?
Л. — Чем сильнее электроны ударяются об экран, тем ярче он светится.
Н. — Вернемся, с твоего разрешения, к электронам, которые ударяются об экран. Что с ними происходит?
Л. — Как камень, с силой брошенный в воду, поднимает фонтан брызг, электроны выбивают другие электроны из люминесцентного слоя. Эти электроны…
Н. — …вторичные.
Л. — Ну да, я вижу, ты ничего не забыл из наших прежних бесед. Эти вторичные электроны медленно и как умеют передвигаются к аноду. По крайней мере, так было в старых трубках. В наше время им облегчают обратный путь, покрывая внутренние стенки колбы между экраном и выводом последнего анода проводящим графитовым слоем. Я должен тебе, кстати, заметить, что вывод последнего анода производится через стекло в конической части колбы (рис. 15).
Рис. 15. Электронно-лучевая трубка с фокусировкой посредством электронной линзы. Высокое напряжение на последнем аноде требует хорошей изоляции; поэтому его вывод осуществляется вне цоколя трубки.
1 — управляющий электрод; 2 — первый анод; 3 — второй анод; 4 — проводящее покрытие.
Н. — А почему не через штырек цоколя?
Л. — Да потому, что из-за высокого напряжения на этом электроде его следует по возможности отдалить от других электродов.
Н. — Теперь я ясно представляю себе всю цепь. Электроны вылетают из катода, пролетают отверстия управляющего электрода и одного или нескольких анодов и попадают на какую-то точку экрана. Оттуда они движутся вдоль стенок по направлению к последнему аноду и через источник высокого напряжения возвращаются на катод. Я полагаю, что самая трудная часть пути — это та, которая ведет от пятна к краю экрана.
Л. — Верно, потому что люминесцентный слой очень далек от идеального проводника. Но в современных трубках на этот слой часто наносится очень тонкий зеркальный слой алюминия, сквозь который легко проходят электроны, вылетающие из электронной пушки, и который облегчает удаление вторичных электронов. Впрочем, истинная цель алюминиевого слоя — увеличить яркость изображения, отражая по направлению к зрителю ту часть световых лучей, которая без этого безвозвратно терялась бы для него, уходя внутрь трубки.
Н. — Вот мы и владеем электронным карандашом, предназначенным для вычерчивания светящихся изображений на экране. Однако, чтобы рисовать, нужно сделать его подвижным. Как схватить этот невидимый пучок и манипулировать им по своему желанию?
Л. — Когда настоящая пушка выпускает снаряд, он следует по прямолинейной траектории?