И.П. Жеребцов - Основы электроники, страница 5

Например, время пролета электрона при Н = 3 мм и (/ = 100 В г=О,ЗЗ 10-' 3/(/100=10-' с-- =10 з мкс=1 нс. Вследствие неоднородности поля расчет времени пролета электрона в электронных приборах более сложен. Практически это время равно 10 10 'о с. Можно такое малое время пролета во многих случаях не учитывать. Но все же, из-за того что электроны имеют массу, они не могут мгновенно изменять свою скорость и мгновенно пролетать расстояние между электродами. На ультра- и сверхвысоких частотах (сотни и тысячи мегагерц) время пролета электрона становится соизмеримым с периодом колебаний.

Например, при /'= 1000 МГц период Т= 10 о с. Прибор перестает быть безынерционным или малоинерционным. Иначе говоря, проявляется инерция электронов, которая практически не влияет на работу при низких и высоких частотах. На этих частотах период колебаний Тмиого больше времени пролета электрона и переменные напряжения на электродах за время пролета не успевают заметно измениться, т.

е. можно считать, что пролет электрона совершается при постоянных напряжениях электродов. Режим работы при постоянных напряжениях электродов называют статическим режимом, Когда напряжение хотя бы одного электрода изменяется так быстро, что законы статического режима применять нельзя, режим называют динамическим '. Если же напряжения изменяются с невысокой частотой, так, что явления можно рассматривать приближенно с помощью законов статического режима, то режим называют кваэистатическим. Выражения для энергии, скорости и времени пролета остаются в силе для любого участка пути электрона.

В этом случае величины И; о, й а', !! относятся только к данному участку. Если на разных участках напряженность поля различна, то на отдельных участках электрон будет лететь с разным ускорением, а конечная скорость электрона определяется только конечной разностью потенциалов и начальной его скоростью. Из закона сохранения энергии вытекает, что конечная разность потенциалов !у равна алгебраической сумме разностей потенциалов отдельных участков: Поэтому полное приращение кинетической энергии равно произведению е!/. Движение электрона в тормозящем поле. Пусть начальная скорость электрона оо противоположна по направлению силе Р, действующей на электрон со стороны поля (рис.

В-З), т.е. электрон вылетает с некоторой начальной скоростью из электрода с более высоким потенциалом. Так как сила Р направлена навстречу скорости оо, то электрон тор- Рнс. В.З. Движение электрона в тормозящем электрическом поле мозится и движется равнозамедленно. Поле в этом случае называют ториоэяи)им.

Энергия электронов в тормозящем поле уменыпается, так как работа совершается не полем, а самим электроном, который преодолевае~ сопротивление сил поля. Таким образом, в тормозящем поле электрон отдает энергию полю. Если начальная энергия электрона равна еПо и он проходит в тормозящем поле разность потенциалов !у, то его энергия уменьшается на еУ. Когда еПо ) еУ, электрон пройдет все расстояние между электродами и ударит в электрод с более низким потенциалом.

Если же е!Уо ( е!), то, пройдя разность потенциалов !уо, электрон потеряет всю свою энергию, скорость его станет равна нулю и он начнет ускоренно двигаться обратно. Таким образом, электрон совершает движение, подобное полету тела, брошенного вертикально вверх. Движение электрона в однородном поперечном поле. Если электрон вылетает с начальной скоростью оо под прямым углом к направлению силовых линий поля (рис.

В.4), то поле действует По старой терминологии динамическим называли режим работы прн наличии нагрузки в цепи анода. Рнс. В.4. Движение электрона в однородном поперечном электрическом поле !5 ® в) Рис. В.5. Движение электрона в неоднородном радиальном электрическом поле 16 на электрон с силой Р, направленной в сторону более высокого потенциала. При отсутствии силы Р электрон совершал бы равномерное прямолинейное движение по инерции со скоростью оо.

А под действием силы Р электрон должен равноускоренно двигаться в направлении, перпендикулярном оо. Результирующее движение происходит по параболе, причем электрон отклоняется в сторону положительного электрода. Если электрон выйдет за пределы поля, как показано на рисунке, то дальше он будет двигаться по инерции прямолинейно и равномерно. Это подобно движению тела, брошенного с некоторой начальной скоростью в горизонтальном направлении.

Под действием силы тяжести такое тело при отсутствии воздуха двигалось бы по параболической траектории. Электрическое поле всегда изменяет в ту нли другую сторону энергию н скорость электрона. Таким образом, между электроном и электрическим полем всегда имеется энергетическое взаимодействие, т. е. обмен энергией. Скорость электрона при ударе об электрод определяется только начальной скоростью н пройденной разностью потенциалов между конечными точками пути. В.б.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В НЕОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Для неоднородных электрических полей характерна разнообразная и часто сложная структура. Существует множество неоднородных полей, в которых напряженность от точки к точке изменяется по различным законам. Наиболее простым является радиальное неоднородное поле между цилиндрическими электродами (рис.

В.5, а). Если начальная скорость электрона, вылетевшего из внутреннего электрода, направлена вдоль силовых линий, то электрон будет двигаться прямолинейно и ускоренно по радиусу. В более общем случае неоднородное поле имеет силовые линии в виде кривых. Если это поле является ускоряющим (рис. В.5, б), то электрон с начальной скоростью во движется по криволинейной траектории, имеющей такой же характер кривизны, как и силовые липин. На электрон действует со стороны поля сила Р, направленная под углом к вектору собственной скорости электрона.

Эта сила искривляет траекторию электрона и увеличивает его скорость. Если бы электрон не обладал массой, а следовательно, и инерцией, то он двигался бы по силовой линии. Однако электрон имеет массу и стремится двигаться по инерции прямолинейно. Сила, действующая на электрон, направлена по касательной к силовой линии и образует некоторый угол с вектором скорости электрона. Поэтому траектория электрона искривляется, но «отстает» в этом искривлении от силовой линии из-за инерции электрона.

В тормозя|цем неоднородном поле с кривыми силовыми линиями (рис. В.5, в) сила, действующая на электрон со стороны поля, также искривляет траекторию электрона и уменьшает его скорость. Но траектория искривляется в сторону, противоположную направлению силовых линий, т. е. стремится удалиться от силовой линии. Рассмотрим движение потока элекз- + + а) д ьаь уов заб ронов в неоднородном поле, пренебрегая взаимодействием электроника. На рис.

В.б, а показано движение электронного потока в ускоряющем неоднородном поле. Если в направлении движения электронов силовые линии сходятся, то такое поле можно условно назвать сходящимся. Пусть в это поле влетает исток электронов. Для упрощения показаны только средний и крайние электроны. Очевидно, что траектории электронов искривляются в ту же сторону, куда и силовые линии. В результате электроны сближаются, т.

е. происходит фокусировка электронного потока, напоминающая фокусировку светового потока с помощью собирающей линзы. Если силовые линии в направлении движения электронов расходятся (рис. В.б, б), то поле можно условно назвать расходящимся. В нем траектории электронов удаляю~си друг от друга и электронный поток россеиваегпся. Такое поле является для электронного потока «рассеивающей линзой». Если поле будет тормозящим сходящимся (рис..В.6, в), то происходит рассеивание электронов с уменьшением их скорости.

И наоборот, в тормозящем расходящемся поле электронный поток фокусируется. В электронной оптике изучаются различные случаи движения электронов в неоднородном поле. При этом обычно изображают поле с помощью эквипотенциальных поверхностей 1, а точнее, с помощью линий пересечения этих поверхностей с плоскостью чертежа (пгтриховые линии на рис. В.б). Там, где силовые линии гуще, эквипотенциальные поверхности располагаются ближе друг к другу. Искривление электронных траекторий представляют в виде излома при переходе сквозь эквипотенциальную поверхность.

Законы такого преломления напоминают законы преломления световых лучей. В.7. ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ Рассмотрим движение электрона в однородном магнитном поле. Когда неоднородность поля незначительна или когда нет необходимости в получении точных количественных результатов, можно пользоваться законами, установленными для движения электрона в однородном поле.

Пусть электрон влетает в однородное магнитное поле с начальной скоростью оо, направленной перпендикулярно магнитным силовым линиям (рис. В.7). В этом случае на движущийся электрон действует сила Лоренца )о, которая перпендикулярна вектору ов и вектору магнитной индукции В: Р = еоеВ. (В.14) Как видно, при ев — — 0 сила Р равна нулю, т. е. на неподвижный электрон магнитное поле не действует. Сила Р искривляет траекторию электрона в дугу окружности.