Электронные пушки с большим пространственным зарядом

 Путешествие к далеким мирам

В двигатель вводятся распыленные частицы рабочего вещества или же это вещество в виде газа. Под действием электронов, бомбардирующих частицы, они ионизируются, то есть превращаются в ионы. Те частицы, которые не стали ионами, отсасываются специальным вакуум-насосом, а ионы, имеющие положительный электрический заряд, проходят через ускоритель, где с помощью импульсов тока высокого напряжения разгоняются до больших скоростей. Вытекающий из двигателя поток ионов и создает реактивную тягу. Электроны, образовавшиеся при ионизации частиц, также выбрасываются из двигателя в том же направлении с помощью специальной «электронной пушки». Это необходимо для того, чтобы двигатель и ракета не заряжались в результате истечения ионов. Схема устройства ионного реактивного двигателя. Конечно, ионы в таком двигателе разгоняются до несравненно меньших скоростей, чем в ускорителях элементарных частиц,P здесь нет необходимости в подобных скоростях. Все же скорость истечения ионов может быть гораздо больше, чем из обычных жидкостных ракетных двигателей

 Туннелирование в микроэлектронике

Он ввёл понятие о барьере средней величины. Этот метод принципиально позволяет вычислить туннельный ток с учётом названных факторов, однако при этом получаются очень громоздкие выражения. Анализ результатов расчёта по методу Симмонса показывает, что при малых напряжениях вольтамперная характеристика является линейной, а при больших напряжениях переходит в экспоненциальную зависимость. При дальнейшем увеличении напряжения туннельный ток ограничивается пространственным зарядом в диэлектрике. На рис. 2.2.1 показаны расчётные вольт-амперные характеристики с учётом пространственного заряда. Из рисунка видно, что большой пространственный заряд может сильно ограничивать туннельный ток сквозь слой диэлектрика. Большое количество экспериментальных работ было выполнено по изучению туннельного прохождения электронов сквозь тонкие диэлектрические слои. Плёнки диэлектриков обычно создавались либо термическим окислением металлов, либо распылением в вакууме. Исследованию были подвергнуты плёнки Al2O3, a2O5, iO2, Сu2O, Сu2S, SiO, GeO2, и других соединений.

 Линкоры в бою

Глубинные бомбы большого размера могли уничтожить подводную лодку при взрыве на расстоянии не более 14 фут. (4,3 м); на расстоянии 28 фут. (8,5 м) они могли повредить ее настолько, чтобы заставить всплыть**. В 1917 г. было сконструировано и быстро введено на флоте приспособление для бросания глубинных бомб на расстояние 2,5 каб. Были сконструированы также специальные мортиры (гаубицы) для метания крупных снарядов с большим разрывным зарядом на еще большие дистанции. Одним из лучших образцов была легкая 280-мм мортира, стрелявшая 350-фунтовыми (около 160 кг) снарядами на расстояние до 15 каб. Глубинные бомбы были, может быть, главным наступательным оружием надводных кораблей против подводных лодок, хотя зачастую эти бомбы рвались без всякого результата или с весьма незначительным. Гидрофоны, т.е. приборы, обнаруживающие подводные лодки по звуку, были впервые испытаны в начале 1915 г., но только к концу 1917 г. они приобрели необходимые качества и начали выпускаться в достаточном количестве*. В декабре отряд дрифтеров со сторожевым кораблем типа "Р" (специальный тип сторожевого корабля, построенный во время войны, 613 т водоизмещения, вооруженный одной 102-мм и одной 40-мм автоматической пушкой), снабженный гидрофонами, преследовал подводную лодку, шедшую в подводном положении, в продолжение 7 часов и, как предполагали, уничтожил ее

 Туннелирование в микроэлектронике

Поэтому детальный расчёт вольт-амперной характеристики должен производиться с учётом сил изображения, различия эффективных масс носителей заряда в металле и диэлектрике, а также с учётом пространственного заряда электронов, туннелировавших из металла в зону проводимости диэлектрика, и электронов, попавших на ловушки в диэлектрике. Симмонсом Дж. был предложен метод расчёта туннельного тока для барьера произвольной формы. Он ввёл понятие о барьере средней величины. Этот метод принципиально позволяет вычислить туннельный ток с учётом названных факторов, однако при этом получаются очень громоздкие выражения. Анализ результатов расчёта по методу Симмонса показывает, что при малых напряжениях вольтамперная характеристика является линейной, а при больших напряжениях переходит в экспоненциальную зависимость. При дальнейшем увеличении напряжения туннельный ток ограничивается пространственным зарядом в диэлектрике. На рис. 2.2.1 показаны расчётные вольт-амперные характеристики с учётом пространственного заряда. Из рисунка видно, что большой пространственный заряд может сильно ограничивать туннельный ток сквозь слой диэлектрика. Большое количество экспериментальных работ было выполнено по изучению туннельного прохождения электронов сквозь тонкие диэлектрические слои.

 Курчатов

Этими работами было положено начало исследованиям над ядерными превращениями. Причину успеха Резерфорда Курчатов видел в том, что он применил потоки альфа-частиц, движущихся со скоростью 20 тысяч километров в секунду. Зачем нужны такие скорости? «Атом в целом электрически нейтрален, — пояснял Курчатов. — Благодаря этому возможно тесное сближение атомов разных элементов и этим обусловливается большая вероятность нормальных химических реакций, идущих за счет электронных обменов внешней оболочки атомов. Нетрудно видеть, что совсем другие условия господствуют для ядер. При сближении ядер они будут испытывать громадное электростатическое отталкивание, так как очевидно, что на малых расстояниях (меньших диаметра орбит) электронные оболочки уже не будут компенсировать больших положительных зарядов ядра. Только в том случае и возможно тесное сближение ядер, когда ядра движутся с большой относительной скоростью и, несмотря на отталкивание, все же могут подойти одно к другому на небольшие расстояния». — Вполне понятно, — говорил он, — что проще могут быть реализованы расщепления легких ядер, имеющих меньший заряд, чем тяжелых

 Проектирование электронной пушки

Поэтому первеанс, являясь параметром электронного пучка, мерой его интенсивности, одновременно является параметром самой пушки, т. е. ее конструкции. При помощи рассмотренной пушки Пирса можно получать сходящиеся электронные пучки с первеансом РЈ 1 мкА/В. При малых значениях первеанса коэффициент сходимости по плотности может составлять 100 и более, как, например, в пушке, разработанной в лаборатории радиотехнической электроники ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) (см.рис.1.1). При больших значениях Р коэффициент сходимости обычно составляет несколько единиц. Для получения сходящихся потоков с - более высоким первеансом используют различные модификации пушек Пирса (рис. 1.2). Они характеризуются относительно небольшими расстояниями катод—анод и применением прикатодных электродов закрытой конструкции (см. рис. 1.2). Благодаря таким электродам электрические поля пушек более эффективно компенсируют поперечные расфокусирующие силы пространственного заряда, возрастающие по мере повышения первеанса, и тем самым обеспечивают формирование высокопервеансных сходящихся пучков с минимальными потерями катодного тока на аноде (не более 1—2%).

 Билеты по физике

Кроме того, на движение электронов наряду с полем, созданным зарядами на электродах, существенное влияние оказывает поле пространственного заряда электронного облака у катода. Чем выше напряжение между катодом и анодом, тем большее количество электронов достигает анода, следовательно тем больше сила тока в лампе. При некотором напряжении все электроны, испускаемые катодом, попадут на анод, и при дальнейшем увеличении напряжения сила тока не меняется, ток достигает насыщения. Если повысить температуру катода (это можно сделать, изменив сопротивление в цепи накала), то катод начнет испускать больше электронов, и ток насыщения наступит при большем напряжении. Электронно-лучевая трубка Если в аноде вакуумного диода сделать отверстие, то часть электронов, испущенных катодом, пролетит сквозь отверстие и образует в пространстве за анодом поток параллельно летящих электронов – электронный луч. Электровакуумный прибор, в котором используется такой поток электронов, называется электронно-лучевой трубкой. Внутренняя поверхность стеклянного баллона электронно-лучевой трубки против анода покрыта тонким слоем кристаллов, способных светиться при бомбардировке электронами (люминофоров).

 Триоды. Устройство и принцип действия

При определенном отрицательном напряжении Uc анодный ток становится равным нулю, тормозящее поле создается не только у витков сетки, но и в промежутках между ними, препятствуя пролету электронов от катода к аноду. При этом пространственный заряд у катода имеет наибольшую плотность. Будем уменьшать отрицательное напряжение на сетке, результирующее поле между витками сетки меняется и становится ускоряющим для электронов. Чем меньше отрицательное напряжение на сетке, тем сильнее действует ускоряющее поле и тем больше становится ток Iа. При подаче положительного напряжения Uc электроны получают ускорение не только за счет поля анода, но также и за счет поля сетки. Анодный ток становится еще больше. Однако часть электронов притягивается непосредственно к виткам сетки и образует ток сетки Iс. рис.3 Таким образом, при положительном напряжении на сетке общий катодный ток Iк разветвляется на два тока: анодный Iа и сеточный Iс. 3. ДЕЙСТВУЮЩЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ В ТРИОДЕ В свое время советский ученый М. А. Бонч-Бруевич предложил заменить триод при анализе его работы эквивалентным диодом.

 Техника СВЧ

При увеличении первеанса увеличивается провисание потенциала в зазоре вследствии увеличения пространственного заряда. Поэтому эффективный угол пролета увеличивается. Увеличение первеанса на 0.1мкА/В3/2 вызывает смещение точки соответствующей Gе=0 при ?2? на 0.8 мм. Повышение ? от 1.2 до 2 сдвигает указанную точку вправо примерно на 0.3 , т.е. влияет в меньшей степени. Второй раз электронный КПД обращается в ноль при d1 =23 мм, что соответствует углу пролета ?=2.86? . Видно что как и в предыдущем случае величина d1 при которой КПД=0 слабо зависит от ?1 и этим в первом приближении можно пренебречь. Это условие является необходимым , но недостаточным. При больших амплитудах, с которыми работает данный резонатор большую роль играет неоднородность электронного потока. В первой приближении эта неоднородность тем выше, чем выше переменные скорости электронов. Переменные скорости электронов в первом приближении связаны с координатой Zop , где ток I1max/I0 становится максимальным. Чем больше Zop , тем меньше переменные скорости электронов, а значит меньше неравномерность скоростей электронов. Как дальше будет видно приемлемые результаты по ?е3 для резонатора "?"-вида получаются при Zop ? 56 мм.

 Вакуумные приборы

1. Вакуумный диод. Вакуумный диод состоит из катода К в виде тонкой прямой нити и анода А, часто представляющего собой коаксиальный с нитью цилиндр (рис 1.1). Катод и анод впаяны в стеклянный баллон, внутри которого создан высокий вакуум. При неизменном токе накала, т.е. при неизменной температуре катода, сила анодного тока зависит от анодного напряжения. При постепенном повышении анодного напряжения сила анодного тока Iа растет (рис. 1.2) до определенного значения Iн, после чего она остается неизменной, несмотря на дальнейшее увеличение анодного напряжения. Наибольший ток, возможный при данной температуре катода, называют током насыщения. График (рис. 1.2) называют вольтамперной характеристикой диода. Пояснение к графику. При анодном напряжении, равном нулю, вылетевшие из катода электроны образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд, называемый электронным облаком, который отталкивает вылетающие из катода электроны. Большая их часть возвращается на катод и лишь незначительному числу электронов удается долететь до анода; поэтому при Uа = 0 сила анодного тока Iа немногим больше нуля.

 Применение pin диодов

Большая ширина i-области также означает, что pi -диод имеет небольшую
мкость при обратном смещении. Области пространственного заряда (ОПЗ) в pi -диоде практически полностью находятся в i-области. По сравнению с обычными, pi -диод имеет значительно большую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения. Таким образом увеличивается объем полупроводника, где могут быть образованы электронно - дырочные пары под воздействием излучения (например, оптического - фотона). Некоторые фотодетекторы, такие как pi -фотодиоды и фототранзисторы (в которых переход база-коллектор является pi -диодом), используют pi -переход для реализации функции детектирования. При проектировании pi -диода приходится искать компромисс: с одной стороны, увеличивая величину i-области (а соответственно и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время.

 Измерение параметров лазеров

К фотоприемникам на основе внешнего фотоэффекта относятся вакуумные приборы: фотоэлементы (ФЭ) и фотоэлектронные умножители, Спектральный диапазон вакуумных ФП зависит от материала фотокатода. В настоящее время выпускаемые промышленностью ФЭ и ФЭУ перекрывают диапазон от УФ (0.16 мкм) до ближнего ИК излучения (1,2 мкм — для серебряно- кислородно-цезиевого катода). Абсолютная спектральная чувствительность ФЭ определяется следующим образом: S(=QЭФ((/1.24 (1.7)где QЭФ — эффективный квантовый выход, ( — длина волны излучения, мкм, S( меняется в зависимости от типа и конструкции прибора (10-3 10-1 мА/Вт). Динамический диапазон, в котором сохраняется линейность преобразования оптического сигнала в электрический, для ФЭ сравнительно большой. Нижний предел ограничен шумами и темновым током ФЭ, верхний — влиянием пространственного заряда и продольным сопротивлением фотокатода, В режиме непрерывного облучения нижний предел может достигать 10-14 А, верхний не превышает 10-4 А. В импульсном режиме верхний предел может быть увеличен до десятков ампер. Шумы и темновые токи ФЭ сравнительно невелики, однако из-за низкой чувствительности ФЭ нецелесообразно применять их для измерения малых уровней оптических сигналов.

 Получение тонкопленочных электретов на основе фторопласта - 4 и изготовление приборов на их основе

В момент зажигания разряда основные носители отрицательного заряда являются – электроны, обладая большими скоростями, чем положительно заряженные ионы, попадают на стенку в большом количестве и заряжают ее отрицательно по отношению к газу. На некотором расстоянии от диэлектрической пленки в газе образуется нейтрализующий этот отрицательный заряд слой положительного заряда. Таким образом, если вдали от стенки концентрация носителей обеих знаков могут быть одинаковы и в целом ионизированный газ нейтрален (плазма), то вблизи стенки эта нейтральность нарушается. Электрическое поле в этом слое направлено от газа к стенке, а электроны тормозятся и часть из них, обладающая меньшими скоростями возвращается обратно в газ. Несмотря на большое различие в подвижностях в установившемся состоянии электронный ток на стенку равен ионному току, в следствии чего сохраняется равенство. Если в качестве стенки использовать исходный материал электрета, то совершенно очевидно, что его поверхность, обращенная к газовому разряду будет заряжаться отрицательно до величины пристеночного потенциала, определяемого параметрами заряда, и на поверхности образуется небольшой по величине электронный заряд, препятствующий дальнейшему проникновению электронов из плазмы.

 Реверсная магнитная фокусирующая система мощного многолучевого клистрона

Основное предназначение СВЧ приборов – радиолокация, т. е. обнаружение самолетов противника. Радиолокация свое бурное развитие получила во время войны 1941 – 1945 г.г. Стояла задача обнаружить самолеты противника на возможно большем расстоянии от защищаемых городов, а это требовало создание приборов с большой мощностью. В СВЧ приборах энергия электронного потока преобразуется в энергию СВЧ излучения. Поэтому задача создания все более мощных СВЧ приборов требовала соответствующего совершенствования ЭОС этих приборов. ЭОС клистрона или ЛБВ состоит из электронной пушки, пространства дрейфа пучка и коллектора. Пушка формирует пучок с требуемым током и требуемого диаметра. В пространстве дрейфа пучок имеет примерно постоянный диаметр и проходит через пролетную трубу не осаждаясь на ней. Электронный пучок осаждается на коллекторе, который интенсивно охлаждается водой или воздухом. Известно три основных этапа развития электронно-оптических систем: I этап. В первых клистронах, которые появились в 1933 – 1940 г.г., диаметр катода брался равным диаметру формируемого пучка и вся система помещалась в сильное магнитное поле, направленное по оси прибора.

 Специфика физики микрообъектов

С перемещением микрообъекта вдоль оси х нельзя сопоставлять дифференцируемую функцию х( ), столь широко используемую в механике классических объектов; по известному значению х в некоторый момент нельзя предсказать значение координаты микрообъекта в момент d . В применении к теории Бора означенное обстоятельство означает отказ от самого понятия «орбита электрона в атоме». Можно говорить о локализации электрона в пределах атома в целом; орбита же требует существенно большей пространственной локализации. К чему может привести такая локализация, можно почувствовать, обратившись к рассмотренной выше проблеме «падения электрона на ядро». Планетарная модель атома оказалась таким образом, лишь некоторым промежуточным этапом в процессе развития наших представлений об атоме. Много позднее, в 50-е годы, сам Бор, смеясь, вспоминал, как после одной из лекций вышел студент и спросил: «Неужели действительно были такие идиоты, которые думали, что электрон вращается по орбите?» Существуют, однако, ситуации, в которых понятием «траектория микрообъекта» пользоваться все же допустимо.

 Адаптер VGA. Организация и работа

При отображенииинформации с большой частотой потребовалосьбы более широкополосный монитор, чем тот, которыйбыл доступен (во всякомслучае за небольшие деньги) во времяразработки РС. IBM слегка уменьшила используемую частоту, доведяее до 50 Гц и компенсировала возможность появлениямерцания экрана использованием люминофора с большим остаточным свечением.Таким образом появился стандартIBM на монохромный дисплей. Используемая более низкая частота давала дополнительно время электронной пушке обрабатыватькаждую строку изображения. Однако даже с такой форой плотность точек по монохромным стандартам IBM требовала увеличения горизонтальной частоты по отношению к используемой в популярномвидеомониторе - телевизионномприемнике - 18,1 КГц против 15,525 КГц. Цветной графический адаптер. Первым растровым дисплейным адаптером, разработанным IBM для РС, был цветной графический адаптер - CGA (Color Graphic Adap er). Представленнаяальтернатива MDA ослепила привыкший к зеленому компьютерный мир. Новый адаптер обеспечивал 16 ярких чистых цветов. Помимо этого, он обладал способностью работать в нескольких графических режимах с различной разрешающей способностью.

 Принцип Паули

При рассмотрении атомов с большим Z, из-за возрастания заряда ядра, электронный слой стягивается к ядру и начинает заполняться слой с =2 и т.д. При заданном сначала заполняется состояние s-электронов (l=0), затем р-электронов (l=1), d-электронов (l=2) и т.д. Это приводит к периодичности химических и физических свойств элементов. Для элементов первого периода сначала происходит заполнение оболочки 1s; для электронов второго и третьего периодов - оболочек 2s, 2p и 3s и 3р. Однако, начиная с четвертого периода (элемент калий, Z=19), последовательность заполнения оболочек нарушается вследствие конкуренции близких по энергии связи электронов. Прочнее могут оказаться (энергетически выгоднее) связанными электроны с большим , но меньшим l (например, электроны 4s прочнее связаны, чем 3d). Распределение электронов в атоме по оболочкам определяют его электронную конфигурацию. Для указания электронной конфигурации атома пишут в ряд символы заполнения электронных состояний оболочек l, начиная с самой близкой к ядру. Индексом справа вверху отмечают числа электронов в оболочке, находящихся в этих состояниях. Например, у атома натрия 2311 a, где Z=11 - порядковый номер элемента в таблице Менделеева; число электронов в атоме; число протонов в ядре; A=23 - массовое число (число протонов и нейтронов в ядре).

 Технологические основы электроники

Поэтому непосредственно за ТКП образуется область ионизированного газа, в которой число электронов и положительных ионов примерно одинаково. Эта область (область положительного столба) характеризуется высокой проводимостью и малым падением напряжения. Свечение положительного столба объясняется возбуждением нейтральных молекул при их столкновении с электронами, а также рекомбинацией ионов. Благодаря экранирующему действию электронов положительные ионы перемещаются в направлении к катоду главным образом за счет диффузии, так как их дрейф в таких условиях незначителен. Достигая границы ТКП, ионы ускоряются сильным полем и бомбардируют катод. Из-за различия в скорости ионов и электронов в ТКП образуется положительный пространственный заряд, который и обусловливает значительное падение напряжения и высокую напряженность поля. Таким образом, ТКП, в котором практически сосредоточено все поле, играет решающую роль как в обеспечении разряда, так и в процессе распыления. Оно обеспечивает энергию электронов, необходимую для поддержания разряда, и энергию ионов, необходимую для эффективной бомбардировки катода-мишени.