Г Л А В А 7. Термоэлектрические и гальваномагнитные явления 251

Г Л А В А 8

Физические основы электронных вакуумных и газоразрядных приборов

(термоэлектронная эмиссия, вторичная электронная эмиссия и другие; понятие о плазме и электрическом разряде в газе)

Электровакуумные приборы – это устройства, состоящие из системы управляющих электродов, в которых рабочее пространство изолировано баллоном и имеет высокую степень разряжения или заполнено специальным газом.

Принцип действия этих приборов основан на электрических явлениях, связанных с движением заряженных частиц в вакууме или газе.

Электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные (газоразрядные).

В электронных вакуумных приборах (ЭВП) электрический ток обусловлен движением только свободных электронов в вакууме. К электронным вакуумным приборам относятся электронные лампы, электронно-лучевые приборы, электровакуумные фотоэлектрические приборы и др.

В газоразрядных приборах (ГРП) электрический ток возникает в результате возникновения электрического разряда в инертном газе или парах нагретых металлов (например, ртути). К газоразрядным приборам относятся приборы тлеющего, дугового, высокочастотного разряда и др.

Схематическое изображение конструкции ЭВП и ГРП показано на рис. 8.1. В изолированном баллоне 1размещены катод2, анод3и управляющий электрод4.

Катод(эмиттер) – это электрод, испускающий (эмитирующий электроны). Изготавливается из тугоплавких металлов, например,W,Mo.

Анод(коллектор) – электрод, собираюший (коллектирующий) электроны.

Сетка– это электрод, управляющий потоком заряженных частиц.

Выводы от электродов делаются через цоколь, торцевые и боковые поверхности баллонов изготовлены из стекла, металла, керамики.

8.1. Эмиссия электронов

Чтобы сформировать поток свободных электронов, перемещающихся в вакууме или газе, необходимо обеспечить выход электронов из твердого тела.

Эмиссия– это испускание электронов твердым телом, осуществляемое путем подведения к телу энергии от внешнего источника. Как было показано ранее (см. п.1.5.1, рис. 1.14), работа выхода электронов рассчитывается из выражения

χ=W₀–W_F, эВ, (8.1)

где W₀– энергия электрона в свободном пространстве вблизи поверхности катода;W_F– энергия уровня Ферми электронов в материале катода.

Величина работы выхода χ для различных материалов составляет 2…5 эВ.

При выходе электронов за пределы катода вблизи поверхности остается положительно заряженные ионы в узлах кристаллической решетки материала катода, эмитирующего электроны. Поэтому вблизи поверхности катода образуется двойной электрический слой, образующий тормозящее электрическое полеЕдля электронов, вылетающих с поверхности катода (рис. 8.2). СилаF_д..э.с., с которой тормозящее полеЕдействует на электроны, равнаF_д..э.с=qE, гдеq– заряд электрона.

При удалении от поверхности тела на электрон действует тормозящая сила зеркального изображения

, Н, (8.2)

гдеr– расстояние от поверхности, м; ε₀=0,086·10^-10Ф/м– электрическая постоянная.

Это кулоновская сила, возникающая между удаляющимся электроном и наведенным в теле катода зеркально расположенным положительным электрическим зарядом, быстро убывает с увеличением расстояния rот поверхности катода.

В качестве материала катода часто используют материалы с небольшой работой выхода, такие, как цезий, барий, торий, рений.