7ReBHL2QE8

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

_________________________________

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

___________________________________________________

МОЩНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ

Методические указания по дисциплине

«Мощные электронные приборы с электростатическим управлением»

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2014

1

УДК 621.372

Мощные электронные приборы: методические указания по дисциплине «Мощные электронные приборы с электростатическим управлением» / сост. А. К. Шануренко. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 28 с.

Содержат комплекс учебно-методических материалов (учебно-методи- ческий комплекс) для самостоятельного изучения дисциплины «Мощные электронные приборы с электростатическим управлением».

Предназначены для студентов направления 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» и специальности 210105.65 «Электронные приборы и устройства» заочной формы обучения. Могут быть полезны студентам той же специальности и того же направления, обучающимся по очной и очно- заоч-ной (вечерней) формам.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014

2

Учебно-методический комплекс необходим студентам заочной формы обучения, осваивающим дисциплину в основном самостоятельно. Для этого в нем предусмотрены следующие разделы: программа дисциплины со ссылками на рекомендуемые источники литературы и разъяснением наиболее важных и сложных вопросов изучаемой дисциплины; перечень лабораторных работ и практических занятий, которые будут выполнять студенты в ходе ла- бораторно-экзаменационной сессии; список рекомендуемой литературы; перечень экзаменационных вопросов; методические указания и примерные темы контрольных работ, которые студенты должны выполнить самостоятельно до начала сессии.

1.ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

1.Изучение особенностей физических процессов, протекающих в мощных электронных приборах с электростатическим управлением (МЭПЭСУ), методов их расчета, технологических процессов производства, включая фи- зико-химические явления, на которых они основаны.

2.Формирование навыков экспериментальных исследований в области мощной электроники, в проведении расчетов и проектировании мощных электронных приборов, в разработке технологии их изготовления с учетом специфики конструкций, используемых материалов и применяемого оборудования.

Врезультате освоения дисциплины студенты должны:

1.Знать и понимать: основные физические процессы, параметры, области применения МЭПЭСУ, принципы построения и особенности конструкций, методы расчета и проектирования, основные технологические процессы производства МЭПЭСУ.

2.Уметь: выбрать тип мощного электронного прибора для конкретного применения; сформулировать требования к этому прибору; выбрать конструкцию основных элементов; провести расчет параметров и геометрии

спомощью ЭВМ; формировать технические требования к технологическим процессам и оборудованию, ставить задачи по их совершенствованию и оптимизации с целью повышения производительности, снижения себестоимости, улучшения качества и надежности МЭПЭСУ; находить технические решения по выбору технологических схем и режимов изготовления МЭПЭСУ в зависимости от их конструктивных особенностей, необходимых параметров

и условий применения.

3

3. Владеть: современными программными средствами расчета и проектирования электронных приборов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Введение

Предмет дисциплины и ее задачи. Краткий исторический обзор развития МЭПЭСУ, их место и значение в современной науке и технике. ОАО «Светлана» – как один из ведущих центров становления и развития отечественного мощного электронного приборостроения. Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами учебного плана.

Классификация МЭПЭСУ. Классификация МЭПЭСУ по конструктивным признакам. Приборы цилиндрической, планарной, модульной конструкций, прямой и обращенной конструкций. Гибридные приборы. Приборы с магнитной фокусировкой.

Основная схема технологического процессов производства МЭПЭСУ, ее особенности в сравнении с производством других электронных приборов; процессы, определяющие параметры, качество и надежность МЭПЭСУ.

Состояние и перспективы развития рынка МЭПЭСУ.

Тема 1. Особенности физических процессов в МЭПЭСУ

Эмиссионные процессы на катоде и других электродах.

Электронные процессы. Влияние объемного заряда на характеристики МЭПЭСУ. Особенности токопрохождения в МЭПЭСУ.

Электрическая прочность межэлектродных промежутков. Пролетные и резонансные явления в МЭПЭСУ. Высокочастотные потери в МЭПЭСУ.

Тепловые процессы. Основные положения термодинамики. Теория подобия, термодинамические критерии. Критериальные уравнения для решения тепловых задач в МЭПЭСУ.

Особенности механических процессов в конструкциях МЭПЭСУ.

[1. С. 142–153]; [2. С. 400–406]; [3. С. 15–20, 24–27, 49–52]; [4. С. 5–10, 23–29]; [5. С .39–56, 173–176].

При изучении данной темы следует обратить внимание на высокие значения токов и напряжений в МЭПЭСУ, которые влияют на физику процессов в этих приборах.

4

Тема 2. Методы расчета МЭПЭСУ

Аналитические, аналоговые, численные методы. Методы анализа и синтеза. Экспресс-методы с использованием упрощенных алгоритмов. Методы оптимизации при расчете МЭПЭСУ.

Программное обеспечение для расчета и проектирования МЭПЭСУ. Его состав и функциональные возможности. Состояние и перспективы развития САПР МЭПЭСУ.

[5. С. 178–190]; [6]; [7].

При изучении данной темы следует обратить внимание на сложность использования численных методов расчета из-за принципиально трехмерных конструкций приборов.

Тема 3. Особенности МЭПЭСУ для различных областей применения

Основные области применения МЭПЭСУ: радиовещание, радиосвязь, радиолокация, широкополосное усиление, телевизионные передатчики, промышленные генераторы, аппаратура для физических исследований, источники питания.

Назначение аппаратуры. Особенности приборов и режимы их работы в аппаратуре. Специфические требования к приборам, связанные с их применением. Достигнутые параметры МЭПЭСУ в стране и за рубежом. Принципиальные решения, с помощью которых достигаются эти параметры.

Связь конструкции с областью применения и параметрами прибора. Основные узлы и элементы МЭПЭСУ: катодные, сеточные, анодные, металлокерамические, вспомогательные.

[5. С. 156–170, 190–193; 199–207, 216–217]; [7].

При изучении данной темы следует обратить внимание на особенности характеристик, параметров и конструкций приборов, работающих в устройствах различного назначения.

Тема 4. Керамические и металлокерамические узлы МЭПЭСУ и технология их изготовления

Современные керамические материалы, их состав, характеристики и области применения. Особенности керамических материалов для МЭПЭСУ, технология их изготовления. Керамические элементы МЭПЭСУ.

5

Изготовление керамических деталей, технологический процесс и используемое оборудование. Металлокерамические конструкции, технология соединений металла с керамикой, физико-химические процессы, обеспечивающие вакуумно-плотное соединение, используемые припои. Перспективы развития металлокерамической технологии. Контроль качества керамических и металлокерамических элементов МЭПЭСУ.

Конструкции высоковольтных изоляторов. Способы обеспечения электрической прочности приборов по наружной поверхности изолятора.

[8. С. 3–20]; [9. С. 172–181].

При изучении данной темы следует обратить внимание на конструктивные решения металлокерамических узлов, обеспечивающих вакуумноплотные соединения.

Тема 5. Сварочные процессы в производстве МЭПЭСУ

Классификация сварочных процессов, применяемых в производстве МЭПЭСУ. Характеристика различных видов сварки: физические явления, происходящие в процессе образования сварных соединений, технологические возможности, используемое оборудование. Организация сварных соединений и методы их реализации, связь с требуемыми параметрами, конструктивными и технологическими особенностями МЭПЭСУ. Способы контроля сварных соединений. Основные виды отказов МЭПЭСУ, связанные с дефектами сварки.

[8. С. 27–37]; [9. С. 164–172].

При изучении данной темы следует обратить внимание на области применения различных видов сварки.

Тема 6. Катодные узлы МЭПЭСУ и технология их изготовления

Особенности работы и требования к катодам МЭПЭСУ. Типы катодов, применяемых в МЭПЭСУ: классификация по материалам и конструкциям. Параметры катодов.

Вольфрамовый торированный карбидированный катод (ВТКК) как основной тип катодов для МЭПЭСУ. Основные конструктивные разновидности. Стержневые, петлевые, решетчатые ВТКК. Способы конструктивного исполнения катодных узлов с ВТКК.

Физические представления о работе ВТКК, закономерности изменения работы выхода в системе W–Th. Природа эмиссионной неоднородности

6

торированного вольфрама. Методы получения карбидов вольфрама. Технологические процессы карбидирования: их режимы и связь с эмиссионными параметрами и долговечностью ВТКК. Технологические особенности изготовления ВТКК, обусловленные его конструкцией. Формоустойчивость ВТКК решетчатой конструкции. Пути повышения и контроль долговечности ВТКК.

Оксидный катод (ОК). Особенности оксидных катодов, применяемых в МЭПЭСУ. Конструкции оксидных катодов для МЭПЭСУ. Подогреватели оксидных катодов МЭПЭСУ. Способы конструктивного исполнения катодных узлов.

Физико-химические представления о работе ОК. Классификация ОК, материалы, используемые для изготовления ОК, и требования, предъявляемые к ним. Влияние примесей на процессы, протекающие при работе ОК и контроль качества материалов.

Технологические особенности процессов оксидирования, сравнение параметров оксидных покрытий, используемое оборудование и инструментальная оснастка. Активирование оксидных катодов в приборах. Связь режимов активирования с конструкторско-технологическими особенностями МЭПЭСУ, их параметрами и долговечностью. Методы контроля качества ОК.

[1. С. 154–163]; [5. С. 5–80]; [8. С. 37–79]; [9. С. 72–115]; [10]; [11].

При изучении данной темы следует обратить внимание на физикохимические процессы в катодах, приводящие к ухудшению параметров прибора в процессе эксплуатации.

Тема 7. Сеточные и анодные узлы МЭПЭСУ и технология их изготовления

Требования к конструкциям и материалам сеток МЭПЭСУ. Основные конструкции сеток: спиральные, стержневые, «беличье колесо», паркетные, решетчатые. Материалы для сеток. Основные проблемы и физические явления, сопровождающие работу сеток в МЭПЭСУ: термоток, вторичная эмиссия, деформация. Электронно-оптические свойства сеток. Теплофизические и механические параметры сеток.

Конструкции анодных узлов для различных способов охлаждения. Принципы построения систем охлаждения анодов. Требования к материалам анодов и качеству хладагента.

7

Технология изготовления сеток и анодов МЭПЭСУ. Методы изготовления сетчатых электродов и используемое оборудование. Антиэмиссионные материалы и применение методов химической термодинамики для анализа их взаимодействия с материалом электродов. Выбор антиэмиссионных материалов применительно к используемому типу катода и режимам работы МЭПЭСУ. Технологические процессы нанесения антиэмиссионных покрытий, их сравнение, особенности применения и используемое оборудование. Методы исследования антиэмиссонных и теплофизических свойств покрытий, контроль качества. Обзор патентных материалов и перспективы развития технологии нанесения антиэмиссионных покрытий. Методы нанесения покрытий на аноды МЭПЭСУ, технологические процессы, требования к материалам и их связь с параметрами МЭПЭСУ и условиями эксплуатации.

[1. С. 163–171]; [8. С. 79–93]; [9. С. 115–155].

При изучении данной темы следует обратить внимание на необходимость обеспечения антиэмиссионных свойств сеток, а также покрытия анодов.

Тема 8. Технология изготовления электродов для МЭПЭСУ из углеродных материалов

Недостатки сеток МЭПЭСУ на металлической основе и необходимость поиска новых материалов. Углеродные материалы, их разновидности, физи- ко-химические свойства и достоинства применения для изготовления сеток МЭПЭСУ. Сетки МЭПЭСУ из пиролитического графита. Свойства пирографита. Изготовление изделий из пирографита – осаждение из газовой фазы. Технологические особенности процесса осаждения пирографита, используемое оборудование, влияние на свойства получаемых изделий. Технология изготовления сеток МЭПЭСУ из углеродного композиционного материала.

[9. С. 138–143].

При изучении данной темы следует обратить внимание на методы получения, свойства и модификации пирографита, а также на преимущества пирографита перед молибденом, который чаще всего используется для изготовления сеток.

Тема 9. Технологические особенности откачки МЭПЭСУ

Вакуум как среда проведения технологических процессов и работы МЭПЭСУ. Особенности применения различных средств откачки и измерения

8

вакуума. Использование термодинамики для оценки окислительно-восстано- вительных реакций основных материалов МЭПЭСУ. Физические основы сорбции и диффузии, механизмы переноса веществ в вакууме и их использование при разработке технологии откачки МЭПЭСУ. Особенности откачки МЭПЭСУ, используемое оборудование и тенденции развития. Перспективы использования ионно-плазменных методов очистки электродов МЭПЭСУ при откачке. Технологические особенности тренировки МЭПЭСУ.

Поддержание вакуума в процессе работы; газопоглотители: их влияние на параметры, долговечность и режимы откачки МЭПЭСУ.

Встроенные магниторазрядные насосы, их конструкции, эксплуатационные особенности и роль в работе приборов.

[8. С. 93–108]; [9. С. 183–197].

При изучении данной темы следует обратить внимание на причины повышения требований к качеству вакуума и процессам тренировки в МЭПЭСУ.

Заключение

Связь технологических процессов производства МЭПЭСУ, их взаимное влияние друг на друга и на параметры, качество и долговечность приборов. Перспективы развития и основные задачи совершенствования МЭПЭСУ

итехнологии их изготовления.

3.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Последовательность действий студента:

- изучение принципа действия, характеристик и параметров технологической установки (самостоятельно по литературе, указанной в программе после соответствующей темы);

9

-ознакомление с методикой эксперимента, методами расчета параметров технологических процессов (самостоятельно по методическим указаниям

клабораторным работам [12]);

-выполнение работы (в ходе сессии);

-составление и оформление отчета (в ходе сессии).

4.ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Последовательность действий студента:

-изучение и уточнение закономерностей физических процессов в технологических операциях (самостоятельно по литературе, указанной в программе после соответствующей темы);

-ознакомление с методиками, на основе которых происходит управление и контроль технологическими процессами (в ходе сессии);

-решение задач (в ходе сессии);

-анализ результатов и выводы (в ходе сессии).

5.КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

5.1.Цели и содержание контрольной работы

Контрольная работа по дисциплине «Мощные электронные приборы с электростатическим управлением» имеет целью закрепление и углубление знаний, пролученных в лекционном курсе по этой дисциплине, развитие у студентов навыков самостоятельного решения инженерных задач, связанных с расчетом и проектирванием МЭПЭСУ, работой с научно-технической и справочной литературой, оформлением графического материала.

Задание на контрольную работу предусматривает расчет мощного электронного прибора триодной или тетродной конструкции различного назначения: радиосвязь и радиовещание, телевидение, промышленный

10