Лекции6 (Лекции - Физические основы электронных приборов)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАДисциплина:Физические основы электронных приборовМихайлов Валерий ПавловичМодуль 2Электровакуумные приборыЛекция № 8Измерительные электровакуумные приборы.Преобразователь манометрический ионизационный ПМИ-2Полноесостоящимидавлениеизизмеряютпреобразователявакуумметрами,давления(ПД)иизмерительного блока (ИБ).В качестве примера рассмотрим термоэлектронный(ионизационный) преобразователь для измерения давлениявысокого вакуума (Ризм. = 10-1…10-5 Па).Термоэлектронный (ионизационный) преобразовательРизм.

= 10-1…10-5 ПаmAmA1 – вольфрамовый катод; 2 – сетка анод; 3– коллектор ионовНайдем уравнение ионизационного преобразователя.Число образованных ионов:nu = P × n e × e × lгдеР – давление, Па;ne – число электронов;e – эффективность ионизации, м-1×Па-1;l – длина траектории, м.Эффективностьионизацииe - кол-во ионов,образованных электроном при давлении 1 Па и длинетраектории электрона равной 1 м.Разделив уравнение на время t, получим уравнениеионизационного преобразователя:nuгдеt= kPnetI u = kPIeIu,Ie – ионный и электронный ток, А;k – чувствительность ионизационногопреобразователя (k= e ·l, Па-1).Чувствительность ионизационного преобразователяk – количество ионов, образованных электроном придавлении 1 Па.IIиТаким образом:P== uk × IeKaгде Ка–постоянная ионизационного преобразователя, A×Па-1.Чувствительность К ионизационногопреобразователя ПМИ-2 к различным газамГазN2O2ArHeH2COК, Па-10,220,230,270,0250,0820,24Массовый состав атмосферного воздуха ипарциальные давления компонентов (Т = 298 К)ГазМассоваяN2O2ArHeH2CO275,523,11,287,2×10-53×10-65×10-27,9×10421×104доля, %Парц.давления, Па9,4×102 5,5×10-1 5,1×10-2 3,3×102Специальные электронно-лучевые трубкиОсциллографические ЭЛТОсциллографические трубки – предназначены дляполученияизображенияэлектрическихпроцессов,меняющихся во времени.

Для этой цели обычно используютсяЭЛТсэлектростатическимотклонениемлуча.Электростатическая ОС позволяет работать с высокимичастотами сигналов (до десятков МГц) и потребляет малоеколичество энергии.Напряжения на отклоняющихпластинах ЭЛТ в осциллографеНа одну пару пластин (горизонтальную) подаетсянапряжение развертки Up (пилообразное), под действиемкоторогоэлектронныйлучпрочерчиваетнаэкранегоризонтальную линию (время tп.х. – время прямого хода) ивозвращается в исходное положение (tо.х.

– время обратногохода).На вертикальную пару пластин подается напряжениеисследуемого сигнала Uc. Таким образом, на экране отразитсяформа исследуемого процесса. Такое изображение называетсялинейной разверткой сигнала. При записи изображенийсигнала важно получить наибольшую яркость свечения,особенно при быстрых развертках.ТРУБКИ С ПОСЛЕУСКОРЕНИЕМ ЛУЧАU3>U2>U1U1 U2 U3ЭЛТ с послеускорением луча:1-эл. прожектор2- отклоняющие пластины3-кольцевые ускоряющие анодыПосколькуповышатьскоростьэлектроназасчетповышенияUA2невыгодно (понижаетсячувствительностьОС(~ 12 ),v0 топрименяютсятрубкиспослеускорением луча.Ониимеютдополнительныеускоряющие аноды в видетокопроводящих колец наширокой части баллонатрубки с возрастающимипотенциалами.Приёмная цветная электронно-лучевая трубка (ЦЭЛТ)1.

ЭОС 2.Магнитная ОС 3.Покрытие люминофора (мозаичныйили штриховой экран) 4. Алюминиевая плёнка 5. Маска 6. Рама7. Анодный вывод 8. Электромагнитная система сведения лучей9. АквадагСтеклянная колба кинескопа состоит из трех частей:экрана, конуса и цилиндрической части (горловины). Навнутренней поверхности экрана методом фотолитографиинанесено покрытие люминофора. Для мозаичного экрана этоточки красного, зелёного и синего цвета (триады), дляштрихового экрана – вертикальные полосы также красного,зелёного и синего цвета.Для правильного воспроизведения изображения и егоцветности необходимо, чтобы при развертке электронных лучейпо экрану каждый из них попадал только на свой участоклюминофора.

Для этого в кинескопе есть цветоделительноеустройство - теневая маска (тонкий отформованный стальнойлист толщиной 0,15…0,20 мм), расположенная на расстоянии8…12 мм от экрана.Цветоделение в кинескопаха) с мозаичным экраном и апертурной маскойб) со штриховым экраном и щелевой маской1. Покрытие люминофора 2. Маска 3. Электронные лучиПриправильнойустановкемаскицентркаждогоотверстия маски (для мозаичного экрана) должен совпадать сцентром соответствующей триады.Люминофорпокрываетсяалюминиевойпленкойтолщиной 0,15…0,25 мкм методом испарения в вакууме.ЭОС предназначена для получения и формирования трехэлектронныхлучей с независимым управлением ихинтенсивностью.

ЭОС состоит из трех электронных пушек,расположенных по окружности под углом 120° и наклоненных коси кинескопа под углом 1° (дельтообразнаяЭОС – длямозаичных экранов). Этот наклон обеспечивает сходимостьэлектронных лучей в одном из отверстий маски.Схема электронной пушки:UУЭ = 400В, UA1 = 5кВ, UA2 = 25кВДля штрихового экрана и щелевой маски используетсякомпланарная ЭОС, в которой все три пушки располагаются водной горизонтальной плоскости. При этом оси крайних пушекнаклонены к центральной оси под углом ~1°.Электронная пушка состоит из иммерсионногообъектива (К-М-УЭ), иммерсионной линзы (УЭ-А1) и главнойпроекционной линзы (А1-А2) – иммерсионной линзы.Изображение на экране должно быть достаточно ярким иконтрастным,чтодостигаетсябольшоймощностьюэлектронных лучей (до нескольких Вт), высокой светоотдачейлюминофоров(2…5кд/Вт).Четкостьизображенияобеспечивается необходимым количеством строк.

При размерахэкрана порядка 0,5 м по диагонали число строк – 625. При этомугол разрешения составляет ~1,5°. Диаметр пятна на экране отэлектронного луча – не более 0,3...0,5 мм.Рентгеновские трубкиРентгеновскаятрубкаэлектровакуумныйвысоковольтныйприбор,предназначенныйдлягенерированиярентгеновскогоизлучениязасчетбомбардировкимишенианодапучкомэлектронов,эмитированных катодом, сфокусированных и ускоренныхприложенным к электродам напряжением.Рентгеновская трубка ТРТ70/500 с чехлом на аноде.1 – массивный медный чехол на аноде для уменьшенияинтенсивности неиспользованного рентгеновского излученияВерхняя граница рабочих напряжений двухэлектродныхконструкций в настоящее время не превышает 160 кВ.Общие сведенияПараметры секционированной рентгеновской трубки :• размер фокусного пятна не более 1.5 мм;• диаметр и длина трубки не более 32 и 400 мм соответственно;• вес трубки не более 0.8 кг;• режим работы кратковременно-прерывистый со временемэкспозиции не более 15 мин и паузой, равной времениэкспозиции.Малогабаритныйрентгеновскийгенератор РАПАН300/150Напряжение до 300 кВМаксимальнаямощность на анодерентгеновской трубкиТРТТ191 до 150 Вт.Схема секционированной трубки ТРТТ 191В рентгеновской трубке используется катодный узел сдиафрагмой в виде круглого отверстия диаметром 1 мм дляформирования максимально тонкого пучка при заданном токеоколо 1 мА.

Геометрия управляющего электрода подбираетсядля формирования минимального расхождения пучка вприкатодной области.В качестве катода в трубке применен катодноподогревательныйузел.Онпредставляетсобойметаллопористый титановый катод косвенного накала сплоской эмитирующей поверхностью диаметром 3 мм.

Дляуменьшения работы выхода поверхность катода покрыта тонкимслоем осмия.Катодный узел1 – электрод2 – ножка3 – экранАнодный узел1 – вольфрамовый антикатод2 – газопоглотитель 3 –защитный экран 4 – титановый цилиндр 5 – медный корпусАнодный узел должен обеспечивать постоянный отводтепла на уровне 150 Вт и максимальную защиту отнеиспользованного и фонового рентгеновского излучения.Отвод тепла от антикатода в масло осуществляется черезмедныйкорпус5.Герметизациявнутреннейкамерыосуществляется титановым цилиндром 4.

Этот цилиндр такжевыполняет функцию выходного окна толщиной 0,5 мм длярентгеновского излучения.Форма электронного пучка должна быть обеспеченаэлектродамипростойгеометрическойформысиспользованием поверхностей тел вращения не более второгопорядка, создаваемых при изготовлении на стандартномтехнологическом оборудовании.Форма электронного пучка фактически полностьюопределяется катодной секцией, поскольку уже на второйускорительной секции при 75 кВ скорость электронов достигает0.72 от скорости света и электростатическая фокусировка притаких энергиях становится практически невыполнимой.Особое внимание должно быть обращено на расчетэлектронно-оптической системы катодного узла, котораяпозволяла бы формировать пучок с минимальным угловымрасхождением для уменьшения количества рассеянныхэлектронов.Форма электронного пучка в прикатодной областиЗоной наибольшего нагрева внутри трубки являетсяантикатод, на поверхности которого в зоне диаметром около1мм непрерывно выделяется мощность до 150 Вт.