Електронні прилади і пристрої

23.Призначення і класифікація електронних приладів і пристроїв. Основні способи керування електричними явищами у вакуумі, газах і твердих тілах

Електронними або електровакуумними приладами називаються при­лади, в яких використовується рух електронів у вакуумі.

Електронні прилади застосовуються для генерування, підсилення та пе­ретворення електричних сигналів. Останнім часом застосування елек­тронних приладів різко звузилося у зв'язку з бурхливим розвитком на­півпровідникової техніки. Проте у деяких галузях, де потрібен діапазон високих частот і потужностей, електронні прилади ще продовжують за­стосовуватися. Крім того, в експлуатації знаходиться значна кількість тех­нічних пристроїв, до складу яких входять електронні прилади.

Більшість провідників — це кристалічні тіла, атоми яких знаходяться у вузлах кристалічної гратки. Електрони зовнішніх оболонок атома слабо зв'язані з ядром і за звичайної температури втрачають цей зв'язок і ста­ють вільними. Вільні електрони хаотично рухаються у міжатомному про­сторі подібно до молекул ідеального газу і тому дістали назву «електрон­ний газ». У цілому ж провідник електрично нейтральний, тобто сумарний негативний заряд електронів дорівнює сумарному позитивному заряду іонів кристалічної гратки.

Деякі електрони мають таку кінетичну енергію, що залишають межі кристалічного тіла, у зв'язку з чим рівновага зарядів порушується. Шар негативно заряджених електронів біля поверхні провідника разом з роз­ташованим на поверхні провідника шаром позитивно заряджених іонів утворюють електричне поле, яке гальмує вихід електрона за межі провідни­ка. Щоб подолати гальмівну дію електричного поля, електрону потрібно виконати роботу А_в проти сил електричного поля, яку називають роботою виходу електрона. Виконуючи роботу, електрон втрачає частину своєї кінетичної енергії.

Відношення роботи виходу до заряду електрона е називається потен­ціалом виходу ( ). Явище виходу вільних електронів за межі провідника називається емісією електронів (від латинського “еmissiо” — випускання).

Залежно від способу надання електронам кінетичної енергії, достатньої для виконання роботи виходу, розрізняють:

- термоелектронну емісію, спричинену нагріванням;

- вторинну електронну, спричинену ударом первинних електронів по по­верхні провідника;

- фотоелектронну емісію, зумовлену дією випромінювання (фотоефект)

Рух електрона в електричному полі:

На електрон, що знаходиться в електричному полі, діє сила:

де е — заряд електрона (е = 1,6·10 ^-19 Кл); Е — вектор напруженості елек­тричного поля в даній точці.

Якщо поле рівномірне, то сила, що діє на електрон, стала. Під дією цієї сили електрон набуває прискорення :

де т_е — маса електрона (т_е = 9,1095·10 ^-31 кг).

У рівномірному полі прискорення стале і електрон рухається рівно-прискорено.

Якщо поле нерівномірне, рух електрона ускладнюється, і його можна розрахувати методами теоретичної механіки.

Рух електрона у магнітному полі:

На електрон, що рухається в магнітному полі зі швидкістю , діє сила Лоренца:

(3.)

де е — заряд електрона; В — індукція магнітного поля; — швидкість руху електрона; — кут між вектором магнітної індукції В і вектором швидкості . Напрям сили Лоренца визначають за правилом лівої руки. Оскільки сила Лоренца завжди перпендикулярна до швидкості, вона ро­боти не виконує.

Якщо електрон влітає в магнітне поле перпендикулярно до магнітної лінії, то у магнітному полі він рухатиметься по колу, радіус якого визна­чається за формулою:

(4.)

Якщо ж електрон влітає в магнітне поле під кутом до напряму поля, то у магнітному полі він рухатиметься по циліндричній гвинто­вій лінії.

Підсумок: Таким чином, за допомогою електричного та магнітного полів можна формувати траєкторію руху електрона.