Методические рекомендации к лабораторным работам по курсу «Вакуумная электроника» содержат краткое описание физических основ работы электронных ламп, описания электрических схем лабораторных работ, методические указания по их выполнению, задания и контрольные вопросы для подготовки к защите отчетов.

Составитель Н.М. Ткаченко, Харьков, ХНУ им. В.Н Каразина, 2006 г.

Рецензенты: С.П. Мовчан, доц. ХАДИ, В.Б Тютюнник, доц. каф. квантовой радиофизики ХНУ.

Методические рекомендации рассмотрены и утверждены кафедрой полупроводниковой и вакуумной электроники, протокол №4 от 22 января 2006 года.

Содержание

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Работа №5. Изучение электроннолучевых трубок. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Работа №6. Изучение фотоэлементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Работа №7. Изучение многокаскадного фотоумножителя . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Приложение. Условные обозначения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие методические указания к лабораторным работам по курсу "Вакуумная электроника" содержат описания лабораторных работ, выполняемых студентами радиофизического факультета в лаборатории вакуумной электроники. В брошюре описаны работы, в которых изучаются электронно-лучевые трубки, фотоэлементы и фотоумножители.

Перечень вопросов, изучаемых в лабораторных работах, отнюдь не исчерпывающе соответствует читаемому лекционному курсу. Стремительное развитие в последние два-три десятилетия науки и техники, в том числе электроники, приводит к появлению новых типов электронных и ионных приборов, однако принципы, положенные в основу их работы, остаются неизменными. Новые направления и тенденции в развитии электронных и ионных приборов обусловлены, в основном, успехами в технологии их изготовления, применением новых материалов и расширением функциональных возможностей приборов.

При разработке данного практикума мы пытались в пределах времени, отведенного программой курса, проиллюстрировать, в лабораторных работах наиболее важные, с нашей точки зрения, вопросы соответствующих разделов вакуумной электроники. Описание каждой лабораторной работы содержит ввиду ограниченности объёма, только краткие введения из физики работы электронных приборов, описание электрических схем, методические указания по выполнению работы, задание, контрольные вопросы и список литературы для самостоятельной подготовки к сдаче работ. Во второй части в приложении приведены условные обозначения в схемах основных вакуумных электронных и ионных приборов. Этот раздел изучается самостоятельно и необходим для того, чтобы студенты научились читать схемы радиотехнических устройств, в которых используются вакуумные электронные и ионные приборы.

.

Работа№5

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБОК

В работе изучаются устройство, принцип действия и приме­нение различных типов электронно-лучевых трубок. Определяются основные характеристики электронно-лучевых трубок с электроста­тическим и магнитным управлением.

1. Введение

Электронно-лучевыми трубками называются приборы, в которых электрические сигналы преобразуются в световые с помощью сфоку­сированного пучка электронов. Электронно-лучевая трубка содержит следующие основные элементы:

1. Электронный прожектор (пушка), создающий узкий электронный пучок (луч) требуемой интенсивности, которая может меняться в заданных пределах.

2. Отклоняющая система, назначением которой является изменение направления электронного луча. В зависимости от поля, применяемого для отклонения луча, различают трубки с электростатичес­ким или магнитным отклонением

3. Экран, который светится в месте попадания электронного луча.

2. Фокусирующие системы электронно-лучевых трубок

Устройство простейшей электронно-лучевой трубки с электро­статической фокусировкой и электростатическим отклонением показано на рас. 5.1. В трубке имеется оксидный подогревной катод, эмитирующая поверхность которого имеет форму диска небольших размеров. Оксидный слой наносится на наружную сторону донышка

н

Рис.5.1. Устройство электронно-лучевой трубки с электростатическими отклонениями

икелевого цилиндра, внутри которого помеща­ется нить подогревателя. Катод размещается внутри -цилиндра М, который называется модулятором или управляющим электродом. На модулятор подаётся отрицательный относительно катода регулируемый потенциал, изменением которого управляют током пучка, а тем самым яркостью пятна на экране трубки. Затем в трубке устанавливается первый анод А₁с регулируемым потенциалом +200 +600 В и второй анод А₂, на который подаётся постоянное положительное напряжениеU_а2величиной от 1000 до 5000 В.

П

Рис.5.2. Структура поля и траектории крайних электронов пучка в электронном прожекторе

Рис.5.3. Электронно-лучевая трубка с магнитной фокусировкой и отклонением

еречисленные выше электроды образуют электронный прожектор, формирующий сфокусированный пучок электронов. Структура электрического поля в диаметральном сечении рассмотренной электродной системы показана на рис. 5.2. Там же приведены траектории крайних электронов пучка. Из рисунка видно, что между модулятором и первым анодом и между первым и вторым анодами образуются электрические поля, которые действуют как электронно-оптические системы, состоящие из двух линз – собирающей и рассеивающей. Траектории электронов на участке, где эквипотенциальные линии обращены к катоду выпуклостью, преломляются к оси, т.е. диаметр пучка уменьшается. На втором участке, где эквипотенциальные линии обращены к катоду вогнутостью, наклон траекторий к оси становится меньше. В связи с тем, что на рассеивающих участках скорость электронов больше, чем на собирающих, в целом в обеих линзах преобладает собирающее действие электрического поля. Первая линза, находящаяся между модулятором и первым анодом, является короткофокусной. Под действием этой линзы пучок электронов с катода фокусируется на оси системы. В области скрещения электронных траекторий, находящейся на оси трубки внутри первого анода, электронный луч имеет минимальный диаметр, значительно меньший диаметра катода. Вторая линза является длиннофокусной и проектирует область скрещения на экран трубки, на котором образуется резкое изображение этой области в виде небольшого по размерам пятка.

Для того, чтобы изображение области скрещения совпало о плоскостью экрана, необходимо подобрать разность потенциалов между первым и вторым анодом. Обычно это достигается изменением напряжения на первом аноде. Поэтому первый анод иногда называют фокусирующим, а второй – ускоряющим.

Описанная электронная пушка, называемая триодной, имеет ряд недостатков, главным из которых является взаимное влияние регулировок яркости и фокусировки. Для устранения этого влияния между модулятором и первым анодом помечается дополнительный электрод, имеющий форму длинного цилиндра. На этот электрод, называемый ускоряющим, подаётся постоянный потенциал, равный потенциалу второго анода. Вместе с развязкой регулировок фокуса и яркости в такой дужке улучшается фокусировка, так как уменьшается размер пучка в области скрещения.

Кроме описанной системы фокусирования электронного пучка при помощи электростатических линз, в электронно-лучевых трубках иногда применяется фокусировка магнитной линзой. В трубках с магнитной фокусировкой (рис.5.3) система электродов трубки оказывается проще. Она состоит из катода К, модулятора М и ускоряющего анода А. Между этими электродами, как и в трубке с электро­статической фокусировкой, создается неоднородное электрическое поле (короткофокусная линза), образующее сходящийся пучок электронов, На некотором расстоянии от анода на трубку надета короткая катушка, по которой пропускается постоянный ток. Создаваемое при этом неоднородное аксиально-симметричное магнитное поле фокусируетпоток электронов, расходящийся после прохождения области скрещения. Фокусное расстояние магнитной линзы можно менять, изменяя величину тока, проходящего по виткам катушки.

Магнитная фокусирующая система позволяет получить меньший размер пятна на экране и больший ток луча, однако она более громоздка, имеет больший веси потребляет большую мощность, чем электростатическая.