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

Пусть потенциал пространства, где расположен катод, ра­ вен 50 в. Если на управляющий электрод Л подать напряжение также 50 в, то электронный луч будет перемещаться, вдоль эквипотенциали 50 в и почти полностью попадёт на электрод Л, об­ разуя в его цепи электрический ток. Если же потенциал элект­

рода Л меньше 50 в, то эквипотенциальные поверхности около него деформируются, луч пойдёт выше электрода Л и попадёт на пластину П х. Если потенциал электрода Л больше 50 в, то электронный луч пройдёт под ним и попадёт на пластину Я 2. В том и другом случае ток электрода Л уменьшается практи­ чески до нуля. Таким образом, путём изменения потенциала управляющего электрода Л относительно электрода А можно перебрасывать электронный луч с одного направления на другое.

Вольтамперная характеристика управляющего электрода представлена на рис. 18.36. Максимум тока в цепи электрода соответствует напряжению на нём, равному 50 в. При измене­ нии этого напряжения в сторону уменьшения или увеличения

ронного луча с одной пла­ стины на другую можно осу­ ществить автоматически, ес­ ли в цепь управляющего электрода Л включить со­ противление R, как показа­ но на рис. 18.35, а на пла­ стины П\ и Я 2 подавать от­ рицательные импульсы на­ пряжения относительно элек­

трода Л. Электронный луч, нормально находившийся на пласти­ не Я 2 {Uл> 50 в), при подаче на неё отрицательного импульса перебросится на управляющий электрод и образует в его цепи ток. Напряжение на этом электроде упадёт за счёт падения на­ пряжения на сопротивлении R, станет меньше 50 б и луч пере­ бросится на пластину П х. Длительность процесса переброса оп­

520

ределяется постоянной времени т=/?С, где С — ёмкость управ­ ляющего электрода относительно всех других электродов, и сос­ тавляет обычно величину порядка единиц микросекунд.

Первые практические конструкции трохотронов были описа­ ны в 1948 г. Современные трохотроны по конструкции можно разделить на три группы: линейные трохотроны, бинарные и двумерные.

Линейные трохотроны

Принцип устройства линейного десятиканального трохотрона представлен на рис. 18.37. В стеклянной трубке помещены следующие электроды: К — катод; Р — отрицательный отно­

сительно катода электрод, называемый рельсом; А — анод; Л\,

Число лопаток и пластин ограничийается лишь технологически­ ми трудностями.

На анод, лопатки и пластины подаются положительные от­ носительно катода напряжения. Вдоль оси катода направлено магнитное поле. Электроны, испускаемые катодом, движутся вдоль рельса Р по трохоидальным траекториям, пробегая мимо всех лопаток, если их потенциалы равны или близки к потенциа­ лу анода и почти полностью попадают в последнюю ячейку на пластину Пи так как первая лопатка Л х соединена с рельсом. Если понижать потенциал лопатки Л 2, то по мере его приближе­ ния к значению потенциала эквипотенциали, по которой идёт луч, на лопатку Л 2 будет попадать часть луча и в цепи лопатки Л 2 появится ток. При дальнейшем понижении потенциала ло­ патки Л 2 ток в её цепи растёт, достигает максимума и затем па­ дает, а луч перебрасывается на пластину П2. Понижение потен­ циала лопатки Л 3 приводит к перебросу луча на пластину П2 и т. д.

521

подаются отрицательные относительно лопаток импульсы. Тогда переброс луча из ячейки осуществляется автоматически по­ добно тому, как было указано выше (рис. 18.35). Выходные им­ пульсы снимаются с лопаток. Форма импульса получается пря­ моугольной. При этом импульсы каждого канала следуют не­ посредственно один за другим. Когда электронный луч попа­ дает в" последнюю, десятую, ячейку, можно осуществить обрат­ ный переброс луча в первую ячейку на пластину П\. Для этого в цепь анода включают дополнительное сопротивление R a. По­ следующий импульс, понижая потенциал десятой пластины, пе­ ребрасывает луч на анод, что приводит к падению напряжения на сопротивлении Ra и к такому уменьшению тока луча, что часть его, поступающая на последнюю лопатку* Лю и произво­ дящая блокировку луча в последней ячейке, уменьшается, по­ тенциал этой лопатки возрастает и луч опять направляется ми­ мо всех лопаток вдоль рельса в первую ячейку и трохотрон опять готов к действию. В некоторых конструкциях приборов самовозвращение луча осуществляется при помощи специаль­ ного электрода.

В трохотроне можно осуществить переключение электронно­

чем напряжение переброса луча; тогда луч автоматически пе­ ребрасывается в последующую ячейку.

Нашей промышленностью выпускаются линейные трохотрокы цилиндрической конструкции (типа ЛП4). Внешний вид такого трохотрона показан на рис. 18.38а, принцип устройства— на рис. 18.386, а основные данные приведены в табл. 18.7.

Дальнейшим развитием линейного трохотрона является так называемый кольцевой. В кольцевом трохотроне, в противопо­ ложность обычному линейному, функции приёма электронного луча и его переключения разделены, т. е. выполняются независи­ мыми электродами, что часто является весьма желательным.

Принцип устройства кольцевого трохотрона на десять кана­ лов представлен на рис. 18.39. В этом приборе рельс и анод от­ сутствуют, а лопатки и пластины располагаются вокруг цилинд­ рического катода. При положительном потенциале лопаток и со­ ответствующем значении напряжённости магнитного поля элек­ троны, перемещаясь по трохоидальным траекториям, будут вра­ щаться вокруг катода, проходя мимо всех лопаток. Если же по­ тенциал одной из лопаток понизить, то картина поля под этой

кроме основной переключающей лопатки Л, помещается допол­

напряжении пластин 100—200 в. В приборе предусмотрена внут­ ренняя индикация положения луча. Для этой цели выходные пластины покрываются флуоресцирующим веществом и при по­ падании на них луча светятся. Кольцевые трохотроны имеют ряд существенных достоинств. Большие выходные токи позволяют снимать нужные напряжения с малых сопротивлений нагрузки, что обеспечивает крутой фронт импульсов. Один трохотрон за­ меняет несколько ламп, что значительно "упрощает схему.

523

Бинарные трохотроны

Принцип устройства трохотрона, называемого бинарным, представлен на рис. 18.40а. Его внешний вид аналогичен линей­ ному трохотрону ци-

жительный потенциал, несколько меньший потенциала второго анода и используется для регулирования тока луча. Для того чтобы осуществить последовательный переброс луча из ячейки в ячейку, необходимо изменять напряжения на лопатках в оп­ ределённой последовательности. Необходимые комбинации на­

Наличие лопаток различной длины приводит к новому каче­ ству прибора. Изменением потенциала длинной лопатки Л д луч направляется в ту или другую половину прибора на среднюю

524

правляет луч на ту или другую соседнюю пластину. Таким об­ разом, в каждом переключении имеются две степени свободы, поэтому такие переключатели названы бинарными. Действие би­ нарного трохотрона эквивалентно релейной схеме, изображённой на рис. 18.406 и называемой пирамидой. Никакой другой элект­ ронный прибор не позволяет осуществить схему переключения типа пирамиды. Бинарные трохотроны выпускаются нашей про­ мышленностью под маркой ЛП5. Основные данные этого трохо­ трона приведены в табл. 18.7.

Двумерный трохотрон

Принцип устройства трохотрона, называемого двумерным, приведён на рис. 18.41. В таком приборе имеется шесть групп (1—6) горизонтальных лопаток Л г, расположенных в трёх сек­ циях, и две вертикальные лопатки Л в, Между горизонтальными лопатками расположены три группы пластин П (по шесть пла-

Нумевая Первая Вторая секция секция секция

стин в каждой секции), образующих вместе с горизонтальными лопатками ячейки, как в линейном трохотроне. Кроме того, в приборе имеется катод К, анод А и рельс Р.

Если вертикальные и все горизонтальные лопатки, кроме пер­ вой группы, а также все пластины имеют положительный потен­ циал, а на первую группу лопаток подать отрицательное напря­

525

Г Л А В А 19

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД В ГАЗЕ

§ 19.1. Общие сведения об ионных приборах

Ионными приборами называются разрядные электровакуум­ ные приборы, наполненные газом или парами. Эти приборы на­ зывают также газоразрядными.

В качестве наполнителя обычно используются пары ртути или инертные газы: неон, аргон, гелий, ксенон, криптон. Эти газы химически не взаимодействуют с материалом электродов и по­ этому давление газа в приборе при работе остаётся практиче­ ски постоянным. Некоторые специальные ионные приборы (им­ пульсные тиратроны, высокочастотные разрядники) наполняют водородом или смесью водорода с парами воды. В таких прибо­ рах для поддержания давления газа внутри баллона часто при­ меняют специальные накопители (генераторы) водорода (см. § 20.5).

Величина давления газа в ионных приборах выбирается самой различной в зависимости от типа прибора и его назначения — от тысячных долей миллиметра ртутного столба до давлений, превышающих атмосферное. В большинстве ионных приборов,

При ртутном наполнении разряд происходит в насыщенных парах ртути. В прибор вводится капля ртути, с поверхности ко­ торой происходит испарение, или применяется жидкий ртутный катод, который служит не только источником электронов, но также источником ртутных паров. Давление насыщенных паров ртути существенно зависит от температуры и при комнатных

температурах имеет порядок 10-2 -И0-3 мм рт. ст. Убывание количества паров ртути в разрядном пространстве, происходящее за счёт их конденсации и химических реакций с материалом электродов, восполняется непрерывным испарением ртути с по­ верхности капли или ртутного катода.

При тех давлениях газа, какие имеют место в ионных при­ борах, движение электронов в междуэлектродном пространстве происходит в условиях столкновений электронов с атомами и мо­ лекулами газа. В результате столкновений происходят возбуж-

527

дение и ионизация атомов газа. Поэтому в электрических про­ цессах в ионных приборах наряду с электронами принимают участие также ионы газа. Естественно, что свойства и характе­ ристики ионных и высоковакуумных приборов существенно раз­ личаются: физические процессы с участием двух видов заряжен­ ных частиц (электронов и ионов) отличаются большей слож­ ностью по сравнению с процессами в высоковакуумных электрон­ ных приборах.

§ 19.2. Возбуждение и ионизация атомов газа

Вероятность столкновений электронов с атомами и молеку­ лами газа зависит от давления газа. Для оценки этой вероят­ ности можно воспользоваться величиной средней длины свобод­ ного пробега электрона, под которой понимается среднее рас­ стояние, проходимое электроном от одного столкновения до дру­ гого.

Средняя длина свободного пробега электрона, согласно вы­

водам кинетической теории газов, в 4 V 2 раз больше среднего свободного пробега молекул газа, в котором движется электрон, и так же, как для газовых молекул, она изменяется обратно про-

средние свободные пробеги электрона при давлениях Рi и Р;. Если средний свободный пробег электронов равен X и рас­

стояние от катода до анода равно га, то отношение числа элект­ ронов, проходящих это расстояние без столкновения с газовы­ ми частицами, ко всему числу движущихся электронов опре­ деляется формулой

Результат столкновения электрона с атомом или молекулой газа может быть различным в зависимости от скорости элект­ рона. При очень малых скоростях имеют место только так на­ зываемые упругие столкновения, при которых электрон, стал­ киваясь с атомом и передавая ему очень малую часть своей энергии, изменяет только его скорость, но внутри самого атома никаких изменений не производит.

При увеличении скорости движения электрон при ударе об атом передаёт ему большее количество энергии, вследствие че­ го внутри дтома происходят некоторые изменения; такие столк­ новения называются неупругими столкновениями первого рода.

Результатом неупругого столкновения может быть возбуждение атома или ионизация его. Атом оказывается возбуждённым, ког­ да один из электронов атома, получая энергию от извне при­ шедшего электрона, переходит от своего нормального уровня

528

энергии W n a одному из возможных в данном атоме, более вы­ соких уровней энергии Wm . В возбуждённом состоянии атом

может существовать очень малое время (порядка 10 8 сек) и быстро возвращается к своему нормальному энергетическому

Для возбуждения атома электрон, сталкивающийся с ним, должен сообщить ему энергию, равную разности уровней энер­

личина и в0зб называется потенциалом возбуждения газа.

При ещё большей скорости электрон, сталкиваясь с атомом, может отделить от него один электрон, вследствие чего атом превращается в положительный ион. Явление это называется

ударной ионизацией.

Наименьшая энергия WU0H, которой должен обладать элект­ рон, чтобы ионизировать атом, подобно энергии возбуждения, различна для разных газов и измеряется величиной потенциала

ионизации Uп0Н= -W е . В табл. 19.1 приведены измеренные в вольтах значения потенциала возбуждения и потенциала иони­

Если электрон сталкивается с уже возбуждённым атомом, то для ионизации этого атома требуется энергия меньшая, чем для ионизации атома в нормальном состоянии; за счёт такой ступенчатой ионизации может иногда возникать ионизация в газе и в том случае, когда приложенная к электродам прибора и действующая на электроны ускоряющая разность потенциа­ лов меньше потенциала ионизации. Возможность ступенчатой ионизации облегчается тем, что вследствие столкновений ато;- мов с электронами в газе имеются так называемые метастабильные атомы. Согласно теории атома, в нём могут быть такие уровни энергии, с которых прямой переход к нормальному со­ стоянию невозможен- (метастабильное, или. полуустойчивое со­ стояние) ; если вследствие столкновения атом приобрёл, такой