Вакуумная и плазменная электроника.-3

Обратите внимание: в размерности чувствительности расстояние подставляем в мм, а ток – в А.

На экране видна горизонтальная линия, значит на отклоняющие катушки по Y ток не подан.

Чувствительность к отклонению не зависит от потенциала А3.

Ответ: 2,5 мм/А∙вит; «не запитаны»; «не изменится».

Задача 3. В ЭЛТ температура катода 2000 К, напряжение на модуляторе Uм = –5 В, напряжение на ускоряющем электроде Uуэ = 1 кВ, проницаемость модулятора 0,02, напряжение на втором аноде Ua2 = 10 кВ. Какова максимальная энергия (в эВ) электрона у катода, в плоскости модулятора, ускоряющего электрода, второго анода и экрана? Как изменится эта энергия в плоскости экрана, если на отклоняющие катушки подано В = 1

Тл?

Решение. Электрон, находясь в кристалле, получает энергию, соответствующую Т = 2000 К. Эту энергию можно определить по формуле:

4,14 10 20 Дж 0, 26эВ.

Поскольку в задаче не дана эффективная работа выхода из катода, можно считать, что максимальная энергия, которую будет иметь электрон при выходе из катода, составляет 0,26 эВ.

В плоскости модулятора на электрон действует поле самого модулятора и поле ускоряющего электрода. Результирующее поле определяется действующим напряжением:

Ud UM DU уэ 5 0,02 1000 15 эВ.

ЭЛТ – высоковакуумный прибор, поэтому электрон при движении к экрану не претерпевает столкновений с молекулами. Электрон, двигаясь от одного электрода до другого, ускоряется и в плоскости электрода имеет энергию, соответствующую потенциалу того электрода:

Uуэ = 1000 эВ; Ua2 = 10000 эВ; Uэ = 10000 эВ

Магнитное поле изменяет только траекторию электрона и не изменяет его энергию.

Ответ: 0,26 эВ; 1000 эВ; 10000эВ; 10000эВ; «не изменится».

Задача 4. В электронно-лучевой трубке запитаны все электроды. На отклоняющие пластины сигналы не поданы. Что видим на экране? На

11

пластины, отклоняющие по Х, подана «пила», а по Y – синусоида, причем12 T , где – длительность «пилы», Т – период синусоиды. Что видим на экране?

Решение. Если в электронно-лучевой трубке запитаны все электроды, то получен и сфокусирован луч электронов. На отклоняющие пластины не поданы сигналы, значит, отклонения нет, луч проходит в центр экрана. Таким образом, в центре экрана видим светящуюся точку.

Подаем напряжение на отклоняющие пластины:

Рассмотрим движение луча по экрану при подаче отклоняющих сигналов. По оси Х подали сигнал в виде «пилы», а по оси Y не подали сигнала, что видим? Луч в центре экрана. В момент времени t0 на отклоняющих пластинах Х отрицательное напряжение – луч смещается в крайнее левое положение. Напряжение на пластине растет равномерно (пила), и луч равномерно движется вправо. В момент времени t2 луч оказывается в центре экрана, а в момент времени t4 в крайнем правом положении. Таким образом, когда по оси Х подана «пила», на экране видим горизонтальную прямую линию в центре.

Теперь дополнительно подали синусоиду по оси Y. В момент времени t0 луч на левом краю экрана и по Y смещения нет (точка «а»), в момент времени t1 луч смещается по Х в точку «t1», а по Y – в точку «b». В момент времени t2 по Х луч оказался в центре, а по Y в точке «с» – амплитуда синусоиды. При дальнейшем движении луча вырисовывается

14 T синусоиды за время t2 – t4. Итак, за время (длительность «пилы») на

экране получили полпериода синусоиды. В момент времени t4 луч по оси Х смещается (скачком) в крайнее левое положение. Луч опять равномерно движется к центру. Но по оси Y теперь идет отрицательная полуволна синусоиды, которая и вырисовывается на экране за время t4 – t7.

12

Практическое занятие 5. Тлеющий разряд

5.1 Примеры решения задач

Задача 1. В тиратроне с электростатическим управлением моментом зажигания горит разряд между катодом и анодом. При этом Uc1 = 90 B, Uc2 = 110 B, Uг = 150 В. Напряжение на второй сетке понизили до нуля. Как изменится при этом ток разряда? Как изменится напряжение горения (Uг)?

Решение. Когда разряд горит, сетка теряет свое управляющее действие. Вокруг сетки образуется двойной слой (радиус Дебая), на котором падает разность напряжений между потенциалом плазмы и потенциалом сетки. При этом напряжение горения зависит от материала и геометрии электродов, от давления и рода газа, но не зависит от потенциала сетки. Ток разряда определяется балластным сопротивлением и не зависит от потенциала сетки.

Ответ: «не изменится»; «не изменится».

Задача 2. Электрон движется в электрическом поле с напряженностью 400 В/м. При этом средняя длина свободного пробега электрона 10 см, а потенциал ионизации газа Ui = 20 В. Будет ли электрон ионизировать газ?

Решение. При напряженности поля 400 В/м электрон набирает энергию 400 эВ на пути 1 м. Чтобы набрать энергию 20 эВ, электрон должен пройти путь d:

d UEi 40020 0,05 м 5 см.

Двигаясь в газе, электрон набирает энергию в электрическом поле на пути . При столкновении он теряет и направление, и энергию. Учитывая, что d , можно сказать, что на пути электрон наберет энергию 40 эВ и будет ионизировать газ.

Ответ: «будет».

Задачи для проработки тем

Задача 1

В диоде Tk 1700K . На анод подано напряжение U a и ток в цепи анода Ia возрос в 1,2 раза ( dak 0.6см ).

Определить:

1)какое напряжение подали на анод;

2)как изменился потенциальный барьер;

13

3) как изменится ток Ia , если возрастает в 4 раза.

Задача 2

Термокатод работает при Tk 1200K , имеет Uэфф 2,2эВ . За счет

электронного поля потенциальный барьер понижается на 0,2эВ . Определить плотность тока термоэмиссии с электрическим полем и без него, величину этого поля.

Задача 3

0,1эВ , 1. Определить U a и Ia при этом.

Задача 4

Вдиоде Tk 1700K . На анод подано напряжение U a , плотность тока

скатода возросла на 10% ( dak 0.5см ).

Определить:

1)какое напряжение подали на анод;

2)как изменился потенциальный барьер после подачи напряжения;

3)как изменится ток Ia , если возрастает в 6 раз.

Задача 5

Оцените величину плотности термоэлектронного тока СS – фотокатода при комнатной температуре Tk 20 С . Во сколько раз этот ток понизится, если фотокатод охладить до Tk 23 С ( 1,2эВ).

Задача 6

Температура катода Tk 1100K понизили температуру до Tk 600K . Как изменилась плотность тока термоэмиссии, если эфф 1,2эВ .

Весь ток с катода идет на анод.

14

эфф 1,5эВ.

Задача 10

При какой напряженности электрического поля можно получить плотность тока эмиссии 103 А м2 , если Tk 1800K , а эфф 2,8эВ . На сколько электрон-вольт изменится при этом работа выхода?

эффективную работу выхода эфф . Определить напряженность

электрического поля при этот у поверхности анода и изменение работы выхода.

Задача 13

На фотокатод падает поток света с 3000А , эфф 2,34эВ . Определить скорость, вылетающих электронов? Определить , если к катоду приложено Е 105 В м .

Задача 14

Какова работа выхода электрона из металла, если повышение температуры накала от 2000К до 2001К увеличивает ток эмиссии катода на 1%?

Задача 15

Какой процент электронов, находящихся в оксидном катоде при Tk 1400K , может преодолеть потенциальны барьер 0,8эВ

определенном освещении IЭЛ 2мкА. При определенном напряжении на

аноде ток становится 3мкА. Рабочая температура 23 С . Определить изменение работы выхода катода при наложении электрического поля.

15

Задача 17

Ток эмиссии катода с площадью поверхности Sk 0.1см2 равен 0,5А при Tk 1400K . Определить эфф . Если все электроны, вышедшие с

катода, достигают анод, какой ток протекает в цепи анода. Как он изменится, если анода увеличить в 8 раз?

Задача 18

Ток термоэмиссии IЭ 10мА , при Tk 1200K ( Sk 3мм2 ). Между плоскими анодом и катом приложили электрическое поле при этом

Задача 19

Фотокатод обеспечивает термоток IЭ 10мкА, а в цепи анода

протекает ток Ia 14мкА, эфф 0,8эВ , Tk 40 С . Определить напряжение на аноде, если dКА 0,5см (электроды плоские). Каким станет ток в цепи анода, если уменьшить в 4 раза?

Задача 20

Какой процент электронов, находящихся в вольфрамовом катоде при Tk 2600K , может преодолеть потенциальны барьер 1эВ?

Задача 21

При какой напряженности электрического поля у поверхности вольфрамового катода работа выхода уменьшится на 3%? Температура катода Tk 2400K .

Задача 22

Максимальная скорость электронов в вольфрамовом катоде равна

электрона, чтобы он мог выйти из катода ( эфф 3,52эВ)?

Задача 23

Как изменится эффективная работа выхода, если между катодом и анодом приложено напряжение 50кВ, а расстояние между катодом и

анодом 0,5см? ( 0 8,85 10 12 Ф м )

Определить максимальную скорость электронов, вылетевших из металла при облучении фотокатода светом 0,2мкм , если эфф 1эВ ?

16

Задача 31

Определите минимальную скорость, необходимую электрону для того, чтобы ионизировать атом неона, если потенциал ионизации его 12,5В. Какое расстояние должен пройти электрон в поле с

напряженностью 100В см , чтобы приобрести эту скорость?

Задача 32

Ток термоэмиссии с катода 10мА. Катод бомбардируют ионами ( Ii 2мА ). Каким должен быть , чтобы ток катода увеличился в 1,5 раз?

Задача 33

В ячейки индикаторной панели переменного тока горит тлеющий разряд, напряжение горения Uг 95В , рабочий ток разряда I р 3мА. Как

изменится U г , если I р 6мА?

Задача 34

В тиратроне горит тлеющий разряд при этом напряжение на сетке Uc 120В , а напряжение горения на аноде Uг 180В . Напряжение на сетке

уменьшили на 120В (Uc 0В ). Как при этом уменьшится напряжение горения? Как изменится ток разряда?

Задача 35

На анод тиратрона подали напряжение в виде синусоиды с амплитудой 200В. При токе в цепи сетки Ic 0,3мА разряд загорается

через 14 T синусоиды, после подачи напряжения. Чему равен потенциал зажигания разряда? (ответ дать в В)

Задача 36

При каком расстоянии между электродами зажигается самостоятельный разряд, если 0.4 , 5 .

Задача 37

В ячейки индикаторной панели постоянного тока светиться не весь катод, а только его половина. Какой параметр разряда изменили и как?

Задача 38

Средняя длина свободного пробега электрона в неоне (Ui 24В ) составляет 8 10 4 м при Т 300К и р 133Па . Определить минимальную

напряженность электрического поля при которой электрон сможет ионизировать, начальную скорость электрона принять равной нулю.

18

первый коэффициент Таунсенда и во сколько раз Ia больше Ik . Газ – аргон.

Задача 40

В тиратроне с электростатическом управлении горит тлеющий разряд. Нарисуйте потенциальную диаграмму с 80В до 2В. Что изменится в диаграмме?

Задача 41

В индикаторной панели со сканированием горит самостоятельный, тлеющий разряд. Напряжение зажигания U з 200В , напряжение горения

Uг 120В , ток разряда I р 1мА . Можно ли изменить напряжение зажигания, изменяя параметры?

Задача 42

В тиратроне между анодом и катодом горит самостоятельный тлеющий разряд. Определить, как изменится ток в цепи анода I , если ток в цепи сетки первой уменьшится в 4 раза?

Задача 43

В ячейки индикаторной панели постоянного тока светиться не весь катод, а только его половина. Какой параметр разряда надо изменить и как, чтобы светился весь катод?

Задача 44

В ячейки индикаторной панели со сканированием горит самостоятельный, тлеющий разряд. Напряжение горения Uг 150В , ток

разряда I р 2мА. Как изменится напряжение горения, если ток разряда

уменьшится в 2 раза?

Какое расстояние должен пройти электрон в электрическом поле,

если Ui 20В , Ua 100B, dak 0.04м .

Задача 45

В ячейке ГИП Imin 5мА, Imax 40мА. Рассчитать необходимое сопротивление ограничительного резистора, если напряжение на нагрузке Uн 150В, Rн 10кОм и номинальное Ea в 1,5 раза больше напряжения на

ячейке. Задачу решить для трех случаев:

1)Ea может уменьшиться и увеличиться;

2)Ea уменьшается;

3)Ea увеличивается.

19

Задача 46

Потенциал ионизации газа Ui 21В , средняя длина свободного пробега электрона 0,3м . Определить напряженность электрического поля ( в В м ), при котором электрон сможет ионизировать газ.

Задача 47

Определить третий коэффициент Таунсенда ( ) при формировании самостоятельного разряда, если 1, d 20см .

Задача 48

Как изменится рабочая область на вольт - амперной характеристике тиратрона тлеющего разряда, если площадь катода уменьшится в 3 раза? Как при этом изменится потенциал зажигания, если электроды плоско – параллельные?

Задача 49

Нарисуйте вольт – амперную характеристику ячейки индикаторной панели переменного тока. Покажите рабочую точку на этой характеристике. Как запоминается сигнал?

Задача 50

Напишите условие зажигания индикаторной ячейки в панели с самосканированием, нарисуйте вольт – амперную характеристику и покажите рабочую точку.

Задача 51

Нарисуйте вольт – амперную характеристику ячейки газоразрядного индикатора. Покажите рабочую точку на этой характеристике.

Задача 52

Нарисуйте пусковую характеристику тиратрона тлеющего разряда с токовым управлением. Нарисуйте потенциальную диаграмму для двух случаев, когда разряда нет, и когда он горит.

Задача 53

Задача Нарисуйте пусковую характеристику тиратрона тлеющего разряда с токовым управлением, выберите рабочую точку. Нарисуйте потенциальную диаграмму для данной точки, когда разряда нет, и когда он горит.

Задача 54

В тиратроне тлеющего разряда с электростатическим управлением нарисуйте потенциальную диаграмму для случая Uc2 Ua (разряд горит).

20