Электроны участвуют

Особенностью анодной характеристики тетрода является наличие падающего участка при малых анодных напряжениях (участок А В на 15.11,6). Эта особенность обусловлена вторичной эмиссией электронов с анода на экранирующую сетку. Такое явление получило название динатронного эффекта. По мере повышения анодного напряжения все больше выбитых из анода вторичных электронов возвращается на анод. При номинальном анодном напряжении все вторичные электроны возвращаются на анод. Для устранения динатронного эффекта вблизи анода располагают электрод, имеющий потенциал, близкий к нулю. При этом между анодом и экранирующей сеткой создается тормозящее для вторичных электронов поле. Роль электрода, устраняющего динатронный эффект, может играть дополнительная сетка, расположенная между экранирующей сеткой и анодом. Такая сетка получила название защитной и используется в электронной лампе, получившей название пентод (С, на 15.2, д). Условное графическое обозначение пентода приведено на 15.2, д.

При исчезновении поля электроны возвращаются в исходные состояния движения относительно ядра атома и диэлектрик опять становится нейтральным. Указанное выше изменение свойств диэлектрика под влиянием поля называется электронной поляризацией.

В ряде случаев ускоренный полем электрон при столкновении с частицами газа передает им свою энергию, однако ионизации не происходит. Энергия затрачивается на перевод в возбужденное состояние электронов в атомах или молекулах. В последующем электроны возвращаются в невозбужденное состояние, а запасенная избыточная энергия излучается в виде кванта света, (ротона. Фотоны образуются и в результате рекомбинации электронов и ионов. Фотоны распространяются со скоростью света (3-10я м/с), и их энергия в некоторых случаях достаточна, чтобы произвести фотоионизацию других атомов или молекул, расположенных далеко впереди фронта первичной лавины. В результате появляются цторичные. образовавшиеся за счет фотоионизации электроны, которые в свою очередь начинают процесс ударной ионизации и порождают новые электронные лавины, расположенные далеко впереди фронта первичной лавины.

Как и в триоде, в многоэлектродных лампах различают два режима токораспределения. При анодных напряжениях, малых по сравнению с С7С2, траектории некоторых электронов, пролетающих экранирующую сетку под действием результирующего поля между этой сеткой и анодом, искривляются и электроны возвращаются от анода к экранирующей сетке. Это режим возврата электронов к экранирующей сетке. На конфигурацию поля в пространстве между экранирующей сеткой и анодом анодное напряжение в тетроде влияет непосредственно, а в пентоде его влияние несколько ослабляется из-за экранирующего действия редкой защитной сетки. Поэтому даже небольшое увеличение анодного напряжения в этом режиме существенно влияет на траектории электронов, пролетевших экранирующую сетку. При увеличении Ua все большая часть траекторий электронов спрямляется и наблюдаются резкий рост анодного тока и уменьшение тока /С2. Существенно увеличивается поэтому и коэффициент токораспределения.

При возбуждении атома газа один или несколько валентных электронов переходят на более высокие энергетические уровни. В возбужденном состоянии атом находится примерно в течение 10~8-с, после чего электроны возвращаются на прежние энергетические уровни. Избыток энергии выделяется атомом в виде кванта света определенной частоты. Разность потенциалов, сообщающая электронам энергию, достаточную для возбуждения атомов газа, называется потенциалом возбуждения газа.

Сетка может приводить к сильному изменению распределения электрического поля (потенциала) и соответственно объемного заряда в междуэлектродном пространстве, особенно в прикатодной области. В случае больших отрицательных напряжений на сетке даже при положительном потенциале анода ( 9.1, а) все электроны возвращаются к катоду, т.е. увеличивается отрицательный объемный заряд около катода и потенциальный барьер по сравнению с диодом, имеющим такую же конструк-

Дальнейший рост UA приводит к уменьшению коэффициента вторичной эмиссии. Наиболее сильно выражен дина-тронный эффект на границе участков 2 и 3. В конце участка 3 напряжение ?/А « Ua, поле в пространстве А—С2 ( 10.2) становится ускоряющим для электронов, пролетающих к аноду, и тормозящим для вторичных электронов, вылетевших с анода. На участке 4 вторичные электроны возвращаются на анод, но может возникнуть вторичная эмиссия электронов с экранирующей сетки. При этом вторичные электроды С2 увеличивают ток анода и уменьшают

Как и в триоде, в многоэлектродных лампах различают два режима токораспределения. При анодных напряжениях, малых по сравнению с С7С2, траектории некоторых электронов, пролетающих экранирующую сетку под действием результирующего поля между этой сеткой и анодом, искривляются и электроны возвращаются от анода к экранирующей сетке. Это режим возврата электронов к экранирующей сетке. На конфигурацию поля в пространстве между экранирующей сеткой и анодом анодное напряжение в тетроде влияет непосредственно, а в пентоде его влияние несколько ослабляется из-за экранирующего действия редкой защитной сетки. Поэтому даже небольшое увеличение анодного напряжения в этом режиме существенно влияет на траектории электронов, пролетевших экранирующую сетку. При увеличении Ua все большая часть траекторий электронов спрямляется и наблюдаются резкий рост анодного тока и уменьшение тока /С2. Существенно увеличивается поэтому и коэффициент токораспределения.

Особенностью анодной характеристики тетрода является наличие падающего участка при малых анодных напряжениях (участок А — В на 15.11, о). Эта особенность обусловлена вторичной эмиссией электронов с анода на экранирующую сетку. Такое явление получило название динатронного эффекта. По мере повышения анодного напряжения все больше выбитых из анода вторичных электронов возвращается на анод. При номинальном анодном напряжении все вторичные электроны возвращаются на анод. Для устранения динатронного эффекта вблизи анода располагают электрод, имеющий потенциал, близкий к нулю. При этом между анодом и экранирующей сеткой создается тормозящее для вторичных электронов поле. Роль электрода, устраняющего динатронный эффект, может играть дополнительная сетка, расположенная между экранирующей сеткой и анодом. Такая сетка получила название защитной и используется в электронной лампе, получившей название пентод {С3 на 15.2, д). Условное графическое обозначение пентода приведено на 15.2, д.

Рассмотрим зависимость анодного напряжения от тока при постоянной магнитной индукции. При малых анодных напряжениях средняя скорость электронов мала, условия синхронизма не выполняются и автоколебаний нет. Почти все вылетевшие электроны возвращаются на катод, и анодный ток практически равен нулю. При достаточной величине анодного напряжения возникают автоколебания, электрическое поле которых вызывает перемещение электронов к аноду, т. е. анодный ток. Дальнейшее увеличение анодного напряжения резко увеличивает анодный ток. Увеличение магнитной индукции смещает характеристику в область более высоких анодных напряжений в соответствии с условием синхронизма (5.16).

Кроме того, в прожекторе с нулевым током первого анода ограничение пучка производится диафрагмами, установленными в электродах (ускоряющем электроде и втором аноде), имеющих наиболее высокий потенциал. В этом случае нет необходимости принимать специальные меры (например, устанавливать дополнительные диафрагмы) для улавливания вторичных электронов, так как выбиваемые вторичные электроны возвращаются обратно к наиболее положительным электродам.

Потенциалоскоп с барьерной сеткой имеет один электронный прожектор, создающий сфокусированный пучок быстрых (ei«* «1000 эв) электронов и диэлектрическую мишень на металлической подложке, являющейся сигнальной пластинкой. Коллектором обычно служит проводящее покрытие, нанесенное на внутреннюю поверхность колбы. Характерная особенность этого потенциалоско-па — наличие перед мишенью сетки с потенциалом на несколько сот вольт ниже потенциала коллектора. В этом случае вторичные электроны, выходящие с поверхности мишени, при наличии достаточной начальной скорости проникают сквозь сетку и, попадая в сильное ускоряющее поле, улавливаются коллектором. Медленные же электроны возвращаются к мишени практически в место вылета. Таким образом предотвращается перераспределение зарядов по поверхности мишени и вызываемое им сглаживание потенциального рельефа.

Твердые тела делятся на металлы, полупроводники и диэлектрики в зависимости от их зонной структуры. Зонная структура различных твердых тел представлена на 1.1. У металлов валентные электроны легко переходят на уровни зоны проводимости и все валентные электроны участвуют в создании тока, поэтому валентная зона и зона проводимости перекрываются (рйб. 1.1, а).

В нашем примере ( 1.1, б) один из атомов кремния замещен атомом сурьмы. Четыре валентных электрона сурьмы образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния, пятый же электрон остается на своей круговой орбите. Для освобождения этого электрона достаточно подвести извне незначительную энергию порядка 0,05 эВ (доя германия 0,01 эВ), поскольку сила электростатического притяжения его к атому сурьмы резко снижается из-за влияния атомов исходного вещества. Примесный атом при этом становится положительно заряженным ионом. Это означает, что при температурах выше 200 К все освободившиеся электроны участвуют в процессе электропроводности, а примесные атомы ионизируются. Избыток свободных электронов обусловливает электронную проводимость (проводимость и-типа) данного полупроводникового материала. Примеси, определяющие этот вид электропроводности, называются донорами,

Механизм электропроводности полупроводников можно объяснить на основе зонной теории твердого тела. Энергетическая диаграмма полупроводника ( 1.1, б), иллюстрирующая эту теорию, показывает распределение электронов по энергетическим уровням и состоит из трех зон: валентной, запрещенной и зоны проводимости. Лишь те валентные электроны полупроводника, которые обладают энергией зоны проводимости, освобождаются от ковалентной связи с атомами и могут свободно перемещаться в кристалле. При отсутствии же в кристалле примесей атомов других элементов и при температуре абсолютного нуля все валентные электроны участвуют в межатомных связях, иначе говоря находятся на энергетических уровнях валентной зоны и не могут принимать участия в процессе электропроводности.

Атом кремния имеет три электронные оболочки. Во внешней электронной оболочке имеется четыре валентных электрона, возможное число электронов — восемь, т. е. внешняя оболочка заполнена не полиостью. Валентные электроны участвуют во взаимодействиях между атомами: образую! кристаллы кремния или молекулы химических со-гдинений кремния с другими элементами.

Энергия, которой обладает каждый электрон в связанном состоянии, не может принимать произвольных значений: она строго определенна. Совокупность энергетических уровней валентных электронов идеального кристалла образует на энергетической диаграмме, показывающей распределение электронов по уровням энергии, валентную зону ( 3.2). При температуре абсолютного нуля и при отсутствии примеси в кристалле все валентные электроны участвуют в межатомных связях и полностью заполняют все энергетические уровни в валентной зоне, зона же проводимости остается свободной.

Однако не все валентные электроны участвуют в образовании металлической межатомной связи. Определенная их часть, покидая ядра своих атомов, уходит в междоузельное пространство и образует так называемый электронный «газ», состоящий из таких потерявших связь со своими ядрами электронов и ставших общими или коллективизированными.'

Атом кремния имеет три электронных оболочки. Во внешней электронной оболочке имеется четыре валентных электрона, возможное число электронов — восемь, т. е. внешняя оболочка заполнена не полностью. Валентные электроны участвуют во взаимодействиях между атомами: образуют кристаллы кремния или молекулы химических соединений кремния с другими элементами. •

В проводнике переход валентных электронов из валентной зоны в зону проводимости облегчен, поэтому при 300 К все валентные электроны участвуют в создании электрического тока ( 26, а). Переход валентных электронов диэлектрика в зону проводимости затруднен, так как его валентная зона отделена от зоны проводимости широкой запрещенной зоной (33), ни один из уровней энергии которой не может быть занят валентным электроном ( 26, б).

Как уже отмечалось, связь между атомами в кристаллах кремния носит ковалентный характер и осуществляется двумя коллективизированными валентными электронами (см. 3, г), находящимися энергетически на наиболее низком для данной пары электронов квантовом уровне. При О К все валентные электроны участвуют в связях и поэтому электропроводность будет равна нулю.

Атом кремния имеет порядковый номер в периодической системе Менделеева Z= 14. Поэтому заряд ядра атома кремния равен -f- 14e и в состав его атома входит 14 электронов. Однако из них только четыре являются слабо связанными. Именно эти слабо связанные электроны участвуют в химических реакциях и обусловливают четыре валентности кремния, отчего они и получили название валентных электронов. Остальные десять электронов вместе с ядром составляют остов атома, имеющий заряд -\- Не — 10e = -f-4e. Он окружен четырьмя валентными электронами, которые движутся вокруг остова и образуют облако отрицательного заряда ( 321).

Картина, изображенная на 322, соответствует чистому кремнию (о влиянии примесей будет сказано ниже) и очень низкой температуре. В этом случае все валентные электроны участвуют в образовании связей между атомами, являются структурными элементами и не участвуют в электропровод-