6.1 Общие сведения

Электровакуумные приборы – это электронные приборы, в которых проводимость осуществляет-ся посредством электронов или ионов, движущихся между электродами через вакуум или газ.

Электровакуумные приборы подразделяют на электронные и ионные. В электронных приборах, к которым в первую очередь относятся электронные лампы, прохождение электрического тока осуществ-ляется только за счет свободных электронов, в ионных – как за счет свободных электронов, так и за счет ионов.

Электронные лампы применяют в выпрямительных, усилительных и генераторных устройствах, а также в автоматике, вычислительной и измерительной технике. В настоящее время масштабы примене-ния электронных ламп ограничены в связи с бурным развитием полупроводниковой техники и особенно микроэлектроники. Однако при больших частотах и мощностях электронные лампы еще находят широ-кое применение.

Во всех электронных лампах источником свободных электронов является специальный электрод, называемый катодом. Катод испускает электроны за счет явления электронной эмиссии.

ВАКУУМ

–	–	–	–	–	–
+	+	+	+	+	+

МЕТАЛЛ

Рис. 31 Образование двойного электрического слоя на границе вакуум-металл

6.2 Электронная эмиссия

Металлы характеризуются наличием большого количества свободных электронов, которые беспорядочно перемещаются в междуатомном пространстве.

При обычных условиях только отдельные электроны выходят из металла, преодолевая притягивающее действие его положи-тельно заряженных ионов. В результате на поверхности металла формируется двойной электрический слой (рис. 31).

Этот слой образует электрическое поле, препятствующее даль-нейшему выходу электронов из металла. Разность потенциалов в

этом поле между электрическими слоями называют потенциальным барьером.

Для преодоления этого барьера электроны металла должны получить извне определенную энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Эта работа называ-ется работой выхода и обозначается W_а. Отношение работы выхода к заряду электрона называется потенциалом выхода φ_а = W_а /q₀.

Существуют различные способы сообщения дополнительной энергии электронам металла и в зави-симости от этого различные виды электронной эмиссии. Остановимся на двух: термоэлектронной и вто-ричной.

Термоэлектронной эмиссией называют явление испускания электронов нагретым металлом (като-дом ). При нагревании катода скорости хаотического движения электронов увеличиваются , что приво-дит к возрастанию их кинетической энергии . В результате число электронов, выходящих из металла, увеличивается. Эти электроны скапливаются около катода за счет притягивающего действия положи-тельных ионов металла. Таким образом, вокруг катода образуется электронное облако, внутри которого

электроны перемещаются в различных направлениях.

При этом определенная часть их возвращается обратно на катод.

С увеличением числа вышедших электронов плотность облака растет и дальнейший выход их затрудня-ется, а число возвращающихся на катод электронов увеличивается до тех пор, пока не наступит дина-мическое равновесие: число вышедших электронов окажется равным числу возвратившихся.

Плотность электронного облака (объемного заряда) зависит от температуры катода. Если на элек-тронное облако действует внешнее ускоряющее поле, то электроны облака перемещаются от катода, т.е. появится ток I_э, называемый током эмиссии.

Вторичной эмиссией называется явление выхода электронов из «холодного» металла под действием бомбардировки его первичными электронами. Первичные электроны, обладающие относительно боль-шой скоростью, встречая на своем пути поверхность металла, тормозятся и отдают свою энергию его электронам (например, аноду электронной лампы).

Электроны анода, получив дополнительную энергию, выходят за его пределы, образуя ток вторич-ной эмиссии.