Н. — Я инстинктивно понимаю, что в однородном магнитном поле, направленном вдоль оси трубки, электроны вынуждены концентрироваться в пучок на самой оси. Потому что каждый электрон, который отклоняется от этой оси, должен быть, я думаю, сейчас же возвращен на прямой путь электронной добродетели.
Л. — Твой инстинкт тебя не обманывает. Однако в действительности происходящие явления гораздо сложнее. Представь себе, что электрон, находящийся в однородном магнитном поле, отклоняется от оси, направляясь книзу (рис. 25).
Рис. 25. Движение электрона в магнитном фокусирующем поле.
Лучше всего, если ты вырежешь из бумаги маленький диск, центром которого будет электрон, а край будет изображать соответствующее ему магнитное поле. Если электрон будет двигаться наклонно книзу, то и диск наклонится. Его верхний и нижний края всегда перпендикулярны линиям поля, но его правый и левый края не образуют больше прямого угла с этими линиями. Следовательно, с одной стороны возникнет притяжение, а с другой — отталкивание. В результате…
Н. — …электрон будет перемещен вбок. Это великолепно! В магнитном ноле все происходит совершенно неожиданным образом. Ну, а если электрон уходит теперь влево…
Л. — …те же рассуждения покажут, что он будет перемещаться вверх.
Н. — И, следовательно, поле будет перемещать его вправо, и т. д. Таким образом, он опишет в конце концов окружность вокруг оси. Какое странное движение! И оно никогда не кончается?
Л. — Конечно! Так как радиус окружности непрерывно уменьшается вплоть до момента, когда электрон попадет на ось и послушно будет двигаться вдоль нее. Это значит, что траектория, приводящая электрон па ось, имеет форму спирали или штопора.
И. — Магнитная фокусировка напоминает мне пляску скальпов.
Л. — Почему же?
Н. — Потому что индейцы, привязав свои жертвы к столбу, описывают вокруг них все уменьшающиеся круги вплоть до момента, когда…
Л. — …вмешательство провидения спасает в решающий момент скальп бесстрашного исследователя. Я ведь тоже читал Фенимора Купера и Майн Рида…
ВОПРОСЫ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Н. — Теперь, когда ты мне показал анатомию и физиологию электронно-лучевых трубок, я попытаюсь взвесить сравнительные достоинства электростатических и электромагнитных систем. Я понимаю, что трубки с электромагнитными отклонением и фокусировкой проще в изготовлении. Но зато, мне кажется, лучше иметь дело с напряжением, создающим электрическое поле, чем заставлять ток проходить через обмотки электромагнита, что требует некоторой мощности и, следовательно, расхода энергии.
Л. — На первый взгляд ты прав. На самом же деле твои доводы справедливы только в случае трубок небольшого диаметра, самое большее до 20 см. Потому что ты не учитываешь фактора чувствительности.
Н. — Я не понимаю, причем здесь чувства…
Л. — Нет, речь идет здесь о чувствительности отклонения — величине, которая для данной трубки показывает, на сколько миллиметров переместится пятно по экрану, когда напряжение на отклоняющих пластинах изменится на 1 в или когда отклоняющее магнитное поле изменится на 1 гс (гаусс — единица магнитной индукции).
Н. — Таким образом, если я правильно понял, чем чувствительнее трубка, том меньше необходимое напряжение (или мощность в случае магнитных полей) для получения данного перемещения пятна. А от чего же все-таки зависит чувствительность трубки с электростатическим отклонением?
Л. — В такой трубке пятно отклоняется тем больше, чем дольше электроны подвергаются действию отклоняющего поля. Следовательно, чем длиннее отклоняющие пластины, тем выше чувствительность. Точно так же, чем ближе расположены пластины одна к другой, тем больше чувствительность, так как поле интенсивнее.
Н. — Значит, можно делать трубки с очень высокой чувствительностью, используя очень длинные пластины и сокращая до минимума расстояние между ними?
Л. — Ты скоро упрешься в тупик на этом пути, ибо при малейшем отклонении электронный пучок попадет на пластины. Для полноты картины следует добавить, что отклонение уменьшается по мере увеличения скорости электронов.
Н. — Это понятно. Чем быстрее летит снаряд, тем меньше отклоняется он от своей траектории из-за земного притяжения.
Л. — И вот, так как скорость электронов зависит от напряжения на последнем аноде, при увеличении напряжения на нем отклонение уменьшается в таком же соотношении. Это очень важно.
Н. — Я четко вижу формулу, показывающую, что чувствительность S прямо пропорциональна длине пластин l и обратно пропорциональна расстоянию d между ними и анодному напряжению Ua.
Л. — Чудесно! В этой формуле не хватает только расстояния L между отклоняющими пластинами и экраном. Ведь понятно, что чувствительность увеличивается с увеличением этого расстояния, потому что для одного и того же угла отклонения перемещение пятна тем больше, чем дальше расположен экран.
Н. — Ну, это совершенно очевидно. А вот для магнитного отклонения?
Л. — Дело происходит приблизительно таким же образом. Чувствительность и здесь пропорциональна длине l отклоняющего поля, через которое проходят электроны, и расстоянию L между катушками и экраном. Чувствительность уменьшается, когда анодное напряжение Ua увеличивается, но не в том же отношении, что при электростатическом отклонении. В этом случае чувствительность обратно пропорциональна квадратному корню из величины анодного напряжения.
Н. — Иначе говоря, если напряжение увеличивается в 4 раза, то чувствительность уменьшается только в 2 раза?
Л. — Если так пойдет дальше, ты утрешь нос Лейбницу, Ньютону и Эйлеру, вместе взятым…
Н. — Однако все это мне не разъясняет, каким образом вопросы чувствительности заставляют в больших трубках отдать предпочтение способу электромагнитного отклонения.
Л. — Возьмем конкретный пример. Допустим, что у нас трубка с электростатическим отклонением с экраном диаметром 160 мм и общей длиной 55 см. Напряжение, приложенное ко второму аноду, составляет 2 500 в, а чувствительность равна 0,3 мм на вольт. Чтобы заставить пятно отклониться на весь диаметр экрана, нужно, следовательно, изменить напряжение отклоняющих пластин на 160:0,3=533 в. Пусть по мановению волшебной палочки все размеры окажутся увеличенными вдвое. У нас появится трубка, имеющая экран диаметром 320 мм, что очень недурно, и длину 110 см…
Н. — …что уже гораздо хуже.
Л. — Оставим пока в стороне вопрос о размерах. А других неудобств ты не видишь?
Н. — Честное слово, нет. Ведь чувствительность-то увеличится в таком же соотношении. В самом деле, длина пластин увеличится вдвое, что хорошо, а расстояние между ними также увеличится вдвое, что уже плохо. Матч с ничейным результатом. Но из-за того, что расстояние пластин от экрана увеличится вдвое, чувствительность в конечном результате также увеличится в 2 раза. Следовательно, при тех же 533 в мы заставим пятно переместиться по экрану, диаметр которого увеличился вдвое. Видишь, ничего не изменилось.
Л. — Да нет же, Незнайкин, изменилось. Ты просто-напросто забыл, что, удваивая диаметр экрана, мы увеличиваем в 4 раза его поверхность. И яркость его, следовательно, будет в 4 раза слабее, потому что мы его бомбардируем при помощи той же электронной пушки, скорость же электронов не увеличилась. Световой поток, полученный таким способом, будет недостаточен, когда распределится по увеличенному экрану.
Н. — Что же делать?
Л. — Нужно увеличить в 4 раза и анодное напряжение. Бри напряжении 10 000 в мы опять получим такое же количество света на квадратный сантиметр поверхности экрана.
Н. — Но если ты увеличишь в 4 раза напряжение на последнем аноде, то чувствительность уменьшится также в 4 раза!
Л. — В этом-то вся трагедия. Значит, нам нужно будет для осуществления развертки на весь экран подать громадное напряжение — в 2132 в!
Н. — А, может быть, дело пошло бы лучше при электромагнитном отклонении?
Л. — Несомненно, так как и в этом случае нужно было бы увеличить анодное напряжение в 4 раза для поддержания той же яркости изображения. Но при этом чувствительность уменьшится только в 2 раза, как мы уже говорили. Следовательно, увеличение необходимой для отклонения мощности будет лежать в разумных границах.
