Попов В.С., Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники (1972) (1095872), страница 53
Текст из файла (страница 53)
перпендикулярную к направлению поля па, о и продольную, т. е. совпадающую по паправ- Рис 13-4. Рис. 13-3. лению с полем пвр Рнс. 1Зып движение электРона в маг- (рис. 13-5). нитном поле при начальной скорости Первая составляю- и в плоскости, перпендиктлариой век- щая скорости п„обустору магнитной индукции поля. ловливает движение Рис.
13.3. Движение электрона в магнитном поле при начальной скорости, электрона по окружио направленной под острым углом к век. сти в плоскости, перпен- тору магнитной индукции поля. дикулярной к направлению поля, вторая составляющая овр обусловливает равно- мерное и прямолинейное движение электрона в направле- нии поля, таким образом, движение электрона происходит по винтовой линии (рис.'13-5). 13-4.
Электронная эмиссия 323 Под вакуумом понимают газ или воздух, находящийся в состоянии цайвысшего разрежения (давление порядка 10 ' Па = 1О т мм рт. ст.). Вакуум является непроводящей средой, так как в нем содержится ничтожное количество электрически нейтральных частиц вещества. Для получения в вакууме электрического тока необходим источник заряженных частиц — электронов, причем движение электронов в вакууме происходит практически без столкновений с частицами газа. Источником электронов служит обычно металлический электрод — к а т о д. При этом используется явление выхода электронов с поверхности катода в окрузкаюи)у!о среду, называемое электронной эмиссией, Свободные электроны в металле при отсутствии внешнего электрического поля беспорядочно перемещаются между ионами кристадлической решетки.
При комнатной температуре выхода электронов из металла не наблюдается вследствие недостаточ!юй величины Вакуум их кинетической энергии, Часть электронов, обладающих наибольшей кинетической энергией, при своем движении выходит за поверхность металла, образуя электронный слой, который вместе с расположенным под ним тиемалл Жык Таблица 13-1 Потевцаел выхода, в Потеецвал выхода н Металл Металл Цезий Барий Торна Вольфрам Ртуть Нинель 4,4 4,5 6,3 1,81 2,! 3,35 В зависимости от того, каким способом сообщается электронам дополнительная энергия, необходимая для выхода 324 в металле слоем положительных Рис. !3-6.
Двойной электрический слон' на поверхности ионов кристаллической решетки ' металла, образует двойной электрический слой (рис. 13-б). Электрическое поле этого двойного слоя противодействует электронам, стремящимся выйти из проводника, т. е. является для них тормозящим. Для выхода электрона за пределы поверхности металла электрону необходимо, сообщить энергию, равную работе, которую он должен совершить по преодолению тормозящего действия поля двойного слоя. Эта работа называется работой выхода ()ат,).
Отношение энергии выхода к заряду электрона называется потенциалом выхода, т. е. ~р, = ' =- )ьт,!е. Работа !потенциал) выхода зависит от химической природы металла. Значения потенциала выхода для некоторых металлов даны в табл. 13-1. из металла, различают виды эмиссии; термоэлектронну)о, электростатическую, фотоэлектронную, вторичную н под ударами тяжелых частиц. Термозлектронной эмиссией называется явление выхода электронов из катода, обусловленное исключительно нагревом катода.
При нагревании металла скорости движения электронов и их кинетическая энергия увеличиваются и чис- Л7„й ло электронов, покидающих металл, возрастает. Все алек- * 7з т,б троны, вылетающие из катода в единицу времени, если Они удаляются от катода внешним Хг полем, образуют электр и- хр ческий ток эмисс и и 7,. При повышении температуры катода ток эмиссии растет сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее.
На рис. 13-7даны кривые плот- Н О С т И' т О К а Э М И С - 7'бм ~без С И И, т. Е. тОКа ЭМИССИИ, ОтнЕ- Р 13.7 Кр сеиногокединЙцеповерхцости тока эмиссии и зависимости от катода, выраженной в А!смй, температуры йля'разливный кав зависимости от температуры Т для различных катодов. Зависимость плотности эмиссионного тока 1', от температуры и работы выхода выражается уравнением Ричардсона — Дэшмана: в — акекдкый; б — вольфрамовый покрытый таркем; е — вольфрама ыей бев пакрыткк.
~ =А7йе ьг ( р3-91 где А — постоянная эмиссии; для металлов она равна 15 — 350 А/с ма ° К', . Т вЂ” абсолютная температура катода, К; е — основание натуральных логарифмов; %', — работа выхода, эВ; /г = 8,56 10 ' эВ'К вЂ” постоянная Больцмана. Таким образом, плотность тока эмиссии увеличивается ~~ в пропорционально 7м и е йг, так что для получения большого тока эмиссии необходим катод из материала с малой работой выхода и высокой рабочей температурой. 323 Если электроны, вылетевшие из катода (эмиттнрованиые электроны), не удаляются от него внешним ускоряюпгич полем, то они скапливаются вокруг катода, образуя объемнь.й отрицательный заряд (электронное облако), который создает вблизи катода тормозящее электрическое поле, препятствуюшсе дальнейшему вылету электронов из катода.
Э л е к т р о с т а т и ч е с к о й э л е к т р о н н о й э и и с с и е к называется явление выхода электронов пз поверхности катода, обусловленное исключительно наличием у поверхности катода сильного электрического поля. Сила, действующая па электрон, находящийся в элсктрическом поле, пропорциональна заряду электрона и напряженности поля Г = ед. При достаточно большой напряженности ускоряющего поля силы, действующие па электрон, находящиеся у поверхности катода, становятся достаточно большими для преодоления потенциального барьера н вырывания электронов из холодного катода.
Электростатическая эмиссия находит применение в ртутных вентилях и некоторых других приборах. Ф о т о э л е к т р о и и о и эмиссией называется явление выхода электронов, обусловленное исключительно действием излучения, поглощаемого катодом, и не связанное с его иагреванкем. При этом электроны катода.
получают дополнительную энергию от частиц света — ф о т о и о в. Лучистая энергия нспускается и поглощается определенными порциями — к в а и т а м и. Если энергия кванта, определяемая произведением постоянной Планка й, и частоты излучения ч, т.
е. Ж',„= йг, больше работы выхода )г', для материала данного катода то электрон может покинуть катод, т. е. будет иметь место фотоэлектронная эмиссия. Фотоэлектронная эмиссия применяется в фотоэлементах. Вторичной электронной эмиссией называется явление выхода вторичных электронов, обусловленное исключительно ударами первичных электронов о поверхность тела (проводника, полупроводника). Летящие электроны, называемые п е р в и ч н ы м и, встречая па пути проводник, ударяются о пего, проникают в его поверхностный слой и отдают часть своей энергии электронам проводника. Если дополнительная энергия, получаемая электронами при ударе, будет больше работы выхода, то эти электроны могут выйти за пределы проводника.
Первичный электрон, обладающий значительной энергией, может отдать ее или одному или нескольким электро- нам, следовательно, число вторичных электронов может быть больше первичных. Вторичная электронная эмиссия характеризуется коэффициентом вторичной эмнссиио, равным отношению числа вторичных электронов п, к числу первичных п;. (13-10) о=п,1пт —— 1,/1„ а ток вторичной эмиссии 1,=о1 . Величина коэффициента вторичной эмиссии зависит от свойств эмиттера, а также от скорости и направления пер* вичных электронов. В электронных приборах с несколькими электродами вторичные электроны летят к электроду с более высоким положительным потенциалом. Вторичная электронная эмиссия используется, например, в фотоэлектронных умножителях для усиления тока. Вторичная эмиссия может наблюдаться в электронных лампах, в которых анод подвергается воздействию электронов, летящих от катода.
В этом случае вторичные электроны могут создать поток, встречный «рабочему», ухудшающий работу лампы. Электронной эмиссией под ударами тяжелых частиц называется явление выхода электронов, обусловленное исключительно ударами ионов илн возбужденных атомов (молекул) о поверхность тела — электрода. Этот вид эмиссии аналогичен рассмотренной выше вторичной электронной эмиссии.
»3-5. Катоды элеитровакуумных приборов а) Оаредеяення, яарактернстнкн, караметры К а т о д о м электровакуумного прибора называется электрод, основным назначением которого является непускание электронов. Наиболее широкое применение получили термоэлектронные катоды, действие которых основано на использовании явления термоэлектронной эмиссии. Эти катоды в дальнейшем будем называть просто катодами.
Для получения необходимой величины электронной эмиссии катоды нагревают до определенной температуры 327 электрическим током, называемым то к о м н а к а л а. По способу нагревания катоды делятся иа к а т о д ы прямого накала и катоды косвенного накала или подогревные. В первом случае ток накала проходит непосредственно через катод, во втором катод получает тепло от изолированного от него подогревателя, по которому проходит ток накала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
