电子束线的电偏转与磁偏转

电子束线的电偏转与磁偏转

实验目的

1、掌握电子束在外加电场和磁场作用下偏转的原理和方式；

2、了解阴极射线示波管的构造与工作方式。

3、测量电偏转与磁偏转灵敏度。

实验仪器

1、TH-EB电子束实验仪。

2、0─30V可调直流稳压电源；

3、数字式万用表。

实验原理

1、TH-EB型电子束实验仪原理简介

TH-EB型电子束实验仪主要由两大部分组成，一个是由螺线管及在螺线管内放置的示波管组成，螺线管通电流后给示波管加纵向磁场，另外在示波管两边加上一对洛仑兹线圈产生一横向磁场，用于使电子束产生横向偏转；另一部分就是用于给示波管各极加适当电压。

示波管各电极结构与分布如图1所示。各部件的作用如下：

灯丝F：加热阴极，6.3V交流电压。

阴极K：筒外涂有稀土金属，被加热后能向外发射自由电子也可称发射极。

图1 示波管各电极结构与分布

栅极G：施加适当电压（通常加负压）可控制电子束电流强度，可称控制栅，栅负压通常为-35V━ -45V之间。

：圆筒结构，施加的电压形成一纵向高压电场，使加速电子向荧光屏运第二阳极A

2

动，可称加速极，加速电压通常为1000V以上。

：为一圆盘结构，介于第二阳极的圆筒和圆盘之间，其作用相当于电子第一阳极A

1

透镜，施加适当电压能使电子束恰好在荧光屏上聚焦，因此也称聚焦极，通常加数百伏

正向电压。

垂直偏转极板：V

1和V

2

为处于示波管中一上下的两块金属板，在极板上施加适当电压

后构成垂直方向的横向电场。

水平偏转极板：H

1和H

2

为处于示波管中一前后的两块金属板，在极板上施加适当的电

压后构成水平方向的横向电场。

2、电偏转原理

电子束电偏转原理如图2所示。通常在示波管的偏转板上加偏转电压V，当加速后的电子以速度v沿X方向进入偏转板后，受到偏转板电场E

图2 电子束电偏转原理

（y轴方向）的作用，使电子的运动轨道发生偏转。假定偏转电场在偏转板l范围内是均匀的，电子将作抛物线运动，在偏转板外，电场为零，电子不受力，作匀速直线运动。荧光屏上电子束的偏转距离D 可以表示为：

(1)

式中V为偏转电压，V

A 为加速电压，K

e

是一个与示波管结构有关的常数，称为电偏常数。

为了反映电偏转的灵敏程度，定义

δ电=D/V (2)

δ电称为电偏转灵敏度，用mm/V为单位。δ电越大，电偏转灵敏度越高。

3、磁偏转原理

电子束磁偏转原理如图3所示。通常在示波管的瓶颈的两侧加上一均匀横向磁场，假定在l范围内是均匀的，在其他范围内都为零。当加速后的电子以速度v沿x方向垂直射入磁场时，将受到洛仑兹力作用，在均匀磁场B内作匀速圆周运动，电子穿出磁场后，则做匀速直线运动，最后打在荧光屏上，磁偏转的距离可以表示为：

(3)

式中I是偏转线圈励磁电流，单位A；K

m

是一个与示波管结构有关的常数称为磁偏常数。为了反映磁偏转的灵敏程度，定义

δ磁=D/I=K m/v A1/2 (4)

δ磁称为磁偏转灵敏度，用mm/A为单位。δ磁越大，表示磁偏转系统灵敏度越高。

实验步骤

1、准备工作

1）用专用电缆连接实验箱和示波管支架上的插座。

2）将实验箱面板上的“电聚焦/磁聚焦”选择开关置于“电聚焦”。

将与第一阳极对应的纽子开关置于上方，其余的纽子开关均置于下方。

3）将“励磁电流调节”旋钮旋至最小位置。

4）开启电源开关，调节“阳极电压调节”电位器，使“阳极电压”数显表指示为800V，适当调节“辉度调节”电位器，此时示波管上出现光斑，然后调节“电聚焦调节”电位器，使光斑聚焦。

2、电偏转灵敏度的测定

1）令“阳极电压”指示为800V，在光点聚焦的状态下，将H

1、H

2

对应的纽子开关置于上

方，此时荧光屏上会出现一条短的水平亮线，这是因为水平偏转极板上感应有50H

Z

交流电

压之故。测量时将水平偏转极板H

1和H

2

接通直流偏转电压，分别记录电压为0V、10V、20V

时光点位置偏移量，然后调换偏转电压的极性，重复上述步骤。

2）将“阳极电压”分别调至1000V、1200V，按上述的方法使光点重新聚焦后，按实验步骤1）重复以上测量，列表记录数据。

3）将H

1、H

2

对应的钮子开关置于下方，将V

1

、V

2

对应的钮子开关置于上方。此时荧

光屏上也会出现一条短的垂直亮线。这也是因为垂直偏转极板上感应有50H

Z

交流电压之

故。测量时，在V

1、V

2

两端依次加0V、10V、20V直流偏转电压，然后调换偏转电压的极

性，重复上述步骤（阳极电压依次为800V、1000V、1200V），列表记录数据。

3、磁偏转灵敏度的测定

1）准备工作与“电聚焦特性的测定”完全相同。为了计算亥姆霍兹线圈中的电流，必须事先用数字万用表测量线圈的电阻值，并记录。

2）令“阳极电压”指示为800V，使光点在聚焦的状态下，接通亥姆霍兹线圈的励磁电压，并分别调到0V、2V、4V、6V，记录荧光屏上光点的偏移量，然后改变励磁电压的极性，重复以上步骤，列表记录数据。

3）调节“阳极电压调节”电位器，使阳极电压分别为1000V、2000V，重复实验步骤2）。

数据处理

磁偏转线圈电阻R= 278Ω

δ

灵

敏

度

D（磁偏转）

励磁电压V

mm/A -8-

6

-

4

-

2

02468

加速电压V 8

8.

5

2955

.

5

2

5

5

3

.

5

2

4

3

O

.

5

7

01

.

5

2

9

3

.

5

2

4

3

5

.

6

2

5

9

8

.

278231

1

852

.

5

.

4

01

.

2

.

5

4

.

5

7

.

8

1

2

6.

5

4

.

5

2

.

6

.

5

01

.

3

.

4

.

7

.

5