книги из ГПНТБ / Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы Учеб.пособие для радиотехн.вузов и фак

2. Фотоэлектрические приборы, основанные на явлении фото­ эффекта и предназначенные для превращения энергии светово­ го излучения в энергию электрического тока:

а) электровакуумные фотоэлементы; б) фотоэлементы с внутренним фотоэффектом; эти приборы в

отличие от всех прочих, рассматриваемых нами, являются безразрядными приборами;

в) фотоэлектронные умножители, в которых испускаемый фо­ токатодом электронный поток многократно усиливается за счёт использования вторичной электронной эмиссии;

г) передающие телевизионные трубки — иконоскопы, ортиконы, супериконоскопы, суперортиконы, видиконы, ибиконы, при­ меняемые в телевизионных передатчиках для преобразования оп­ тического изображения в электрические сигналы;

3. Электронно-световые приборы, служащие для превращения электрической энергии в световую с целью получения изображе­ ний, предназначенных для визуального наблюдения или фото-' трассирования:

а) осциллографические трубки, предназначенные для получе­ ния осциллограмм электрических процессов на экране прибора; б) электронно-лучевые трубки для радиолокационных отмет­

чиков; в) кинескопы — приборы, предназначенные для получения

изображения в телевизионных приёмниках; г) электронно-световые индикаторы настройки радиоприём­

ников на частоту принимаемой радиостанции.

4. Электронные преобразователи изображения — электрова­ куумные приборы, предназначенные для преобразования спект­ рального состава изображения; например, для преобразования инфракрасного изображения, полученного на поверхности фото­ катода, в видимое изображение на люминесцирующем экране.

§ 1.3. Устройство электронных ламп

Для общего ознакомления с устройством электровакуумных приборов рассмотрим основные элементы конструкции современ­ ных электронных ламп, таких, как триоды, тетроды, пентоды и т. д. Принципы, положенные в основу конструкции этих ламп, ши­ роко используются и в других электровакуумных приборах,-

Основными частями электронной лампы являются (рис. 1.1):

1)электроды (катод 1, анод 2, сетки 3), смонтированные при помощи специальных держателей 5 на ножке лампы 7;

2)баллон (колба) лампы 6, внутри которого создан вакуум и помещены электроды.

Вряде ламп имеется также цоколь 4, служащий для включе­ ния лампы в схему с помощью специальной ламповой панели,

обеспечивающей хорошие надёжные контакты и удобство сме­ ны ламп,

in

Взависимости от материала баллона, лампы называют сте­ клянными (рис. 1.2а), металлостеклянными (рис. 1.26) или ме­ таллокерамическими (рис. 1.2в). Находят некоторое применение лампы с металлическим балло­ ном (рис. 1.3). Разработаны лампы с керамическим бал­ лоном.

Всовременных лампах при­

меняются катоды с непосред­ ственным накалом или с кос­ венным подогревом. Конструк­ ции катодов будут подробно рассмотрены в гл. 3.

Аноды маломощных ламп изготовляются из листового ни­ келя (или алюминированного железа). В более мощных ге­ нераторных лампах применя­ ются молибденовые или танталовые аноды. Для очень мощных ламп аноды делаются из меди или ковара, и во вре­ мя работы лампы охлаждают­ ся проточной водой или обду­ ваются воздухом (гл. 14).

Сетки, изготовляемые в ■большинстве случаев в виде спирали, навиваются на ста­ ночках, позволяющих устанав­

ливать различные шаг и диаметр спирали. Для придания сеточ­ ной спирали необходимой жёсткости и для крепления сетки внутри лампы витки спирали привариваются к достаточно тол­ стым проволочным держателям, так называемым сеточным траверсам (рис. Г.4а), либо натягива­ ются на специальную рамку (рис. 1.46). В целях уменьшения электронной эмиссии с сеток, их по­ верхность часто покрывают каким-либо другим металлом с большим значением работы выхода

электронов (золото, платина, цирконий).

Рис. 1.2

И

Электроды ламп монтируются обычно на ножке, либо Гребеш­ ковой, либо плоской стеклянной, либо плоской металлостеклян­

используют непосредственно в качестве штырьков для включе­ ния лампы. При такой конструкции в лампе фактически отсут­ ствует цоколь и вводы электродов получаются значительно ко­ роче, чем в лампах с Гребешковой ножкой, что имеет большое значение при работе на сверхвысоких частотах (см. гл. 12). Уменьшаются также габаритные размеры лампы. В самых ма­ лых по размерам, так называемых миниатюрных и сверхминиа­ тюрных лампах часто применяются гибкие, тонкие вводы, прис­ пособленные для впаивания лампы в схему (рис. 1.6).

Третий тип ножки применяется в лампах с металлическим баллоном и представляет собой металлическую тарелочку 3 (рис. 1.5б), в которой сделаны глазки — отверстия со втулками из специального сплава ковар 1, хорошо спаивающегося со стек­ лом и имеющего одинаковый с ним коэффициент расширения. В эти глазки впаяны кусочки (капли) стекла, сквозь которые прохо­ дят вводы 2; на вводах смонтированы электроды лампы. Метал­ лический баллон своим нижним краем герметически приваривает­ ся к основанию лампы, к которому снизу прикрепляется цоколь.

Откачка воздуха из ламп производится на специальном станке (рис. 1.7), с которым лампа 1 соединяется при помощи

13

Г Л А В А 2

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

§ 2.1. Электроны в твёрдом теле. Работа выхода

Электроны в металлах

Электроном называется очень малая материальная частица, обладающая наименьшим известным отрицательным электри­ ческим зарядом. Количественные измерения этого заряда, про­ деланные при изучении различных физических явлений, в кото­ рых участвуют электроны, показали, что заряд электрона ока­

зывается всегда одним и тем же, равным е= 1,601 • 10~19 к.

В ряде опытов было измерено отношение величины заряда электрона к его массе. Для электронов, движущихся со скоро­ стями, незначительными по сравнению со скоростью света, это отношение получается постоянным и равным

масса его равна т —0,91 • 10 ~27 г, т. е. меньше массы атома во­ дорода, являющегося самым лёгким атомом, в 1840 раз.

Электронная теория полагает (и это подтверждается много­ численными разнообразными опытами), что в металлах валент­ ные электроны легко отделяются от атомов, которые при этом превращаются в положительные ионы. Положительные ионы расположены внутри металла в виде пространственной решёт­ ки; электроны, отделившиеся от атомов, двигаются между иона­ ми по всевозможным направлениям; наличием этих свободных электронов объясняется электропроводность металлов.

Упрощённое плоскостное изображение кристаллической ре­ шётки металла дано на рис. 2.1 (вверху). Окружностями боль­ шого радиуса показаны атомы (ионы), находящиеся в узлах кристаллической решётки; чёрными кружками показаны элект­ роны проводимости. Расстояния между центрами ионов (узлами

решётки) — порядка 10-8 см, а число ионов в 1 см3 — порядка 1022-*- 1023. Такой же порядок имеет и величина концентрации электронов проводимости.

16

Распределение энергии между электронами внутри твёрдого тела подчиняется законам, вытекающим из квантовой теории. Согласно этой теории электроны в изолированном атоме могут иметь не любые, а только некоторые, определяемые квантовыми

рисунке внизу. По вертикали отложена величина полной энергии электрона (HP), находящегося на данном энергетическом уровне,, а по горизонтали — координата электрона в кристалле (х). Каждая горизонтальная прямая на диаграмме показывает, что данную величину энергии может иметь электрон, находящийся в любой точке х кристалла. Диаграмма энергетических уровней есть не что иное, как графическое изображение «разрешённых» значений энергии для электронов в данном образце кристалла.

Возникает вопрос — какие из «разрешённых» значений энер­ гии займут валентные электроны?

Прежде всего отметим, что в соответствии с принципом Пау­ ли, применяемым уже не к отдельному атому, а ко всему кри­ сталлу, в последнем не может быть более двух электронов с од­ ним и тем же значением энергии, т. е. на каждом из энергети­ ческих уровней не может находиться одновременно более двух электронов (со спинами противоположных направлений). По-

значительной энергии электронов. Остальные уровни, находя­ щиеся непосредственно над занятыми, остаются незаполнен­ ными. На эти уровни могут переходить электроны даже при сла­

свободных электронов в 1 см3 металла, зависящее от рода ме­ талла.

В зависимости от величины п, имеющей, как уже указы­

10 э-в и более (для вольфрама, платины и др.).

Распределение различных значений энергии между электро­ нами согласно выводам квантовой теории определяется выра­ жением

1

где через dn обозначено число электронов в 1 см3 металла, имею­ щих при абсолютной температуре Т энергию в интервале от W до W+dW; к — постоянная Больцмана.

чины W, мы получим график так называемой дифференциаль­ ной кривой распределения энергии. На рис. 2.2 сплошной кри­ вой 1 показана эта зависимость (распределение Ферми) при тем­ пературе абсолютного нуля (7= 0); в этом случае наибольшее значение энергии, которой могут обладать электроны, равно W Для температур выше абсолютного нуля распределение энергий между электронами представлено пунктирной кривой 2 на том же рисунке; эта кривая показывает, что при повышении темпе-

18

ратуры распределение энергий электронов изменяется в интер­ вале значений энергий, близких к . Как видно из кривой 2, при температурах, больших абсолютного нуля, небольшое коли­ чество наиболее быстрых электронов обладает энергиями выше, чем Wt . Чем больше величина энергии, тем меньше число элект­ ронов обладает ею, причём уменьшение числа электронов идёт по экспоненциальному закону.

Вылетать из металла, конечно, смогут только те электроны, скорости которых направлены нормально к поверхности метал­ ла. Распределение энергии этих электронов определяется фор­

Хотя электроны внутри металла и при низких температурах обладают значительными энергиями, опыт показывает, что при этих температурах не наблюдается электронной эмиссии, т. е. выхода электронов из металла. Выходу электронов из металла при этих условиях препятствуют следующие причины.

Во-первых, у поверхности металла образуется двойной элект­ рический слой за счёт электронов, вылетающих из металла и создающих около металла электронную атмосферу с наиболь­ шей плотностью в непосредственной близости у поверхности металла. Как показали Я. И. Френкель и И. Е. Тамм, в этом двойном слое мы должны считать падение потенциала равным

W;

— , так как только при этом условии наиболее быстрые элект­

роны, из числа находящихся внутри металла (при Т—0), не бу­ дут вылетать из металла, что мы и имеем в действительности.

Во-вторых, когда электрон приближается к поверхности ме­

талла ( к границе металл—вакуум), равнодействующая F сил притяжения электронов к ионам, находящимся в узлах кристал­

для выхода за пределы металла электрон должен обладать энер­ гией, достаточной для того, чтобы совершить работу W0 до прео­ долению этих сил. Следовательно, величина полной 'энергий,

ления сил притяжения к граничным ионам решётки, называет­