Электронов вылетающих

9.2. На 9.1 изображено распределение потенциалов в электрической линзе, образованной двумя цилиндрами различного радиуса. На эквипотенциальных поверхностях указаны соответствующие им потенциалы. Требуется: а) изобразить силовые линии этого поля; б) построить примерные траектории электронов, выходящих из точки 0 под разными углами; определить, в какой примерно точке поля они фокусируются; в) нарисовать оптическую аналогию рассмотренной электрической линзы; г) объяснить, где будут фокусироваться электроны, если увеличивать разность потенциалов между цилиндрами.

Термоэлектронной эмиссией называют явление испускания электронов нагретым металлом (катодом). При нагревании катода скорости хаотического движения электронов увеличиваются, что приводит к возрастанию их кинетической энергии. В результате число электронов, выходящих из металла, увеличивается. Эти электрэны скапливаются около катода за счет притягивающего действия положительных ионов металла. Таким образом, вокруг катода образуется электронное облако, внутри которого электроны перемещаются в различных направлениях. При этом определенная часть их возвращается обратно на катод. С увеличением числа вышедших электронов плотность облака растет и дальнейший выход их затрудняется, а число возвращающихся на катод электронов увеличивается до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие: число вышедших электронов окажется равным числу возвратившихся.

ко раз увеличивается ток данных носителей в результате ударной ионизации. Другими словами, коэффициент лавинного размножения — это отношение тока данных носителей заряда (например, электронов), выходящих из

Электроны, выходящие из катода с различно направленными начальными скоростями, под действием поля испытывают ускорение в осевом и радиальном направлениях, причем радиальное ускорение направлено к оси. Так как начальные скорости электронов малы, то их траектории круто искривляются к оси трубки и электронный пучок сжимается вблизи модулятора, после чего он вновь расходится. Область, соответствующая наименьшему диаметру электронного пучка, называется скрещением. В области скрещения пересекаются траектории электронов, выходящих из разных точек катода; траектории электронов, выходящих из одной точки, пересекаются значительно дальше — в плоскости изображения первой линзы. Размер изображения катода, как видно из рисунка, больше ширины электронного пучка в области скрещивания. Поэтому для уменьшения размера светового пятна на экран

147.4. Расчет электрического поля и тока двухэлектродной вакуумной лампы — цилиндрического диода — производится при постоянном, положительном относительно катода, напряжении; искажением поля у краев цилиндрического анода пренебрегают-Расчет производят по уравнению Пуассона в цилиндрических координатах в предположении нулевой скорости электронов, выходящих с поверхности катода, отсутствия их столкновений и работы лампы в ненасыщенном режиме.

При приложении к структуре внешнего смещения V ее энергетическая диаграмма изменяется ( 10.3, в): высота потенциального барьера для электронов, выходящих из отрицательного электрода, сохраняется прежней (Ф0), а для электронов, переходящих из положительного электрода, увеличивается на qV и становится равной Ф0 + qV. Вследствие этого плотность тока электронов, пересекающих диэлектрик и влетающих в отрицательно смещенный электрод, уменьшается до величины

Таунсенд показал, что одновременное существование обоих процессов, т. е. и объемной, и поверхностной ионизации, может привести к самостоятельному разряду. Вернемся опять к 354 и предположим сначала, что между электродами имеется установившийся несамостоятельный газовый разряд. Обозначим полное число электронов, выходящих за 1 сек. с катода (образованных и внешним ионизатором, и вторичной эмиссией), через п^ Согласно формуле (185.3) в результате объемной ионизации количество электронов, попадающих на анод, возрастет до величины

Из (1.204) видно, что для точек объекта, лежащих на оси системы (х„ = 0), все слагаемые, кроме первых, обращаются в нуль, и остается только одна ошибка, определяемая коэффициентом В. Эта ошибка называется сферической аберрацией и имеет наибольшее значение для электроннолучевых приборов, так как обычно в этих устройствах используются пучки электронов, выходящих из точек, расположенных вблизи оси. При наличии сферической аберрации вместо точки, соответствующей точке объекта, лежащей на оси, в плоскости изображения получается аберрацион-

Когда поле линзы примыкает к источнику электронов (иммерсионный объектив, см. § 3.2), наличие начальных энергий электронов и разброс начальных скоростей по величине и направлению могут заметно влиять на качество фокусировки. При этом следует учитывать не только абсолютную величину начальных скоростей, но и направления вылета электронов. Очевидно, чем меньше напряженность ускоряющего поля у катода, тем в относительно большем угле «разойдутся» траектории электронов, выходящих с различными по величине и направлению скоростями из одной точки эмиттирующей поверхности. Ввиду разброса начальных скоростей по направлению электроны, выходящие из одной точки объекта, вступают в поле линзы с различными апертурными углами. Разброс этих углов приводит к появлению обычной сферической аберрации, а разброс по величине скоростей обуоювливает хроматическую аберрацию. Таким образом, на качество фокусировки иммерсионного объектива влияет комбинированная сферохроматическая аберрация.

Введем понятие «трубка тока» в электронном потоке. Предполагая поток ламинарным, выделим в нем канал, ограниченный траекториями электронов, выходящих с контура площадки SK на катоде. Этот канал и будем называть трубкой тока. Очевидно, в любом поперечном сечении трубки полный ток неизменен:

Для формирования трубчатых электронных потоков в настоящее время широко используются системы со скрещенными магнитным и электрическим полями, так называемые магнетронные или инжекторные пушки. Действие такой системы основано на вытягивании сформированного в простейшем магнетроне облака пространственного заряда в пространство дрейфа. Как известно, диод с цилиндрическим катодом и анодом, помещенный в однородное магнитное поле Во, направленное по оси электродной системы, является простейшим статическим магнетроном. За счет действия магнитного поля траектории электронов, выходящих с катода и ускоряемых анодным напряжением ?/а, начинают искривляться и при некотором критическом значении магнитной индукции Вкр электроны перестают доходить до анода, образуя вокруг катода пространственный заряд, имеющий в поперечном сечении форму кольца. Величина критической магнитной индукции определяется формулой, которая получается из (1.13) при подстановке Я = га—гк: __

между ускоряющим 4 и фокусирующим с? анодами. Силы Fl направлены к продольной оси трубки, поэтому действие их можно рассматривать как результат прохождения электронов через собирательную электростатическую линзу, фокусирующую электронный луч в точке А ( 1.24, г). Вылетая из диафрагмы фокусирующего анода, электроны в снова попадают в электоическое поле, действующее между анодами, но силы FZ направлены в этом случае так, что электроны будут отклоняться от продольной оси трубки. Действие сил Fz можно рассматривать как действие рассеивающей электростатической линзы. Благодаря тому, что скорость электронов в значительно больше скорости электронов б, действие сил F2 будет настолько кратковременным, что траектория электронов изменится лишь незначительно. Они будут продолжать приближаться к продольной оси трубки и пересекут ее в точке В, положение которой зависит от «кривизны» электрических силовых линий вблизи фокусирующего анода, которая определяется соотношением напряжения на ускоряющем 4 и фокусирующем 3 анодах. Следовательно, подбирая потенциометром «фокус» (см. 1.24, а) напряжение на аноде 3, можно сфокусировать электронный луч непосредственно на люминофоре. Во избежание скопления на люминофоре отрицательных зарядов, перенесенных свободными электронами, нужно, чтобы число электронов, приходящих на люминофор, было равно числу уходящих с него электронов. Это достигается за счет того, что вторичные электроны, выбитые с поверхности люминофора электронным лучом, уходят на аквадаг 7, представляющий собой коллоидный раствор графита в жидком стекле, нанесенный на внутреннюю поверхность трубки и соединенный со вторым анодом. Яркость светящейся точки на экране трубки регулируется потенциометром «яркость». С увеличением отрицательного напряжения модулятора относительно катода яркость уменьшается, так как уменьшается число электронов, вылетающих через отверстие модулятора в единицу времени.

электронов, вылетающих из отверстия в пластине В, максимальное их удаление утах от точки 0 и время, затраченное на пролет от точки О ДО Утах- :

2-58. Инерция триода очень мала, так как масса электронов, вылетающих из катода, ничтожно мала.

меняют электронно-лучевой способ нагрева. В нем расплавляемый материал бомбардируют потоком электронов, вылетающих из нагретой и заряженной отрицательно спирали — так называемого катода. Разгоняемые до больших скоростей электроны, ударяясь о положительно заряженный твердый или жидкий материал (анод), отдают ему свою энергию, что приводит к повышению температуры.

На участке/ при небольшом (1 — 2 В) отрицательном анодном напряжении имеется так называемый начальный ток. Он создается за счет электронов, вылетающих из катода с большими начальными скоростями, позволяющими преодолеть тормозящее действие электрического поля и достигнуть анода.

Динатронный эффект, как это видно из 4-3, приводит к отличию реальных анодных характеристик тетрода от расчетных . и не позволяет использовать эту лампу при малых анодных напряжениях (участки 2 и 3). Анодную нагрузку и напряжение источника Ей приходится выбирать так, чтобы нагрузочная характеристика пересекала статическую анодную характеристику на участке 4. Это обстоятельство помешало тетродам найти широкое применение. Для устранения динатронного эффекта, наблюдаемого в тетроде, были предложены меры, общая идея которых состоит в создании потенциального барьера между экранирующей сеткой и анодом для вторичных' электронов, вылетающих с этих электродов. Другими словами, необходимо создать минимум потенциала С7МИн в пространстве экранирующая сетка—анод. Для создания минимума потенциала можно использовать объемный заряд электронного потока или дополнительную (третью) сетку между экранирующей сеткой и анодом. Эти лампы получили названия лучевого тетрода и пентода соответственно,

Двойной электрический слой образуется вылетевшими с поверхности катода электронами и положительными ионами решетки материала катода, эмитирующего (испускающего) электроны. Двойной слой образует тормозящее электрическое поле для электронов, вылетающих с поверхности катода. При удалении от поверхности тела на электрон действует удерживающая кулоновская сила, возникающая между удаляющимся электроном и наведенным в теле катода зеркально расположенным положительным электрическим зарядом (сила зеркального отображения). Работа выхода большинства чистых металлов, используемых в качестве катодов, лежит в интервале l,8(Cs) — —5(Re) эВ.

Динатронный эффект в тетроде может приводить: к возникновению паразитной генерации в усилительном каскаде из-за наличия на участке 2 анодной ВАХ отрицательного дифференциального сопротивления; к дополнительному расходу мощности в цепи экранирующей сетки, ее разогреву и выходу из строя; к существенным нелинейным искажениям усиливаемого сигнала; к увеличению коэффициента шума из-за токораспределения (см. гл. 14). Устранить дина-тронный эффект в тетроде можно образованием потенциального барьера для вторичных электронов, вылетающих с анода в пространстве А—С2. Эта задача решается различными методами, на основе которых были созданы другие типы многоэлектродных ламп — лучевой тетрод и пентод.

Быстродействующие ФЭУ конструируются таким образом, чтобы получить возможно более высокую изохронность электронов, вылетающих с различных участков электродов. Параметры таких ФЭУ — длительность фронта анодного импульса Тф < 2,5 не, S — 200 мА/нс, /^ ~ ~0,5 А. Для расширения полосы рабочих частот выводы ФЭУ выполняют коаксиальными, что обеспечивает хорошее согласование с внешними высокочастотными и сверхвысокочастотными цепями.

Динатронный эффект, как это видно из 4-3, приводит к отличию реальных анодных характеристик тетрода от расчетных . и не позволяет использовать эту лампу при малых анодных напряжениях (участки 2 и 3). Анодную нагрузку и напряжение источника Ей приходится выбирать так, чтобы нагрузочная характеристика пересекала статическую анодную характеристику на участке 4. Это обстоятельство помешало тетродам найти широкое применение. Для устранения динатронного эффекта, наблюдаемого в тетроде, были предложены меры, общая идея которых состоит в создании потенциального барьера между экранирующей сеткой и анодом для вторичных' электронов, вылетающих с этих электродов. Другими словами, необходимо создать минимум потенциала С7МИн в пространстве экранирующая сетка—анод. Для создания минимума потенциала можно использовать объемный заряд электронного потока или дополнительную (третью) сетку между экранирующей сеткой и анодом. Эти лампы получили названия лучевого тетрода и пентода соответственно,

мао = 0.5 — 1.5 В. Это объясняется наличием начальной скорости у электронов, вылетающих с поверхности катода, и контактной разностью потенциалов в цепи катод — анод.