Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 20
Текст из файла (страница 20)
=51!Они 9 10 "' 6.10',/581 и Соизмеримость Х,. и г1 выразим следующим способом: г!и 32„. = 1,5 10 м. С другой стороны, вследствие понижения потенциального барьера величина дЕа'= Е„ Для вольфрама зта величина составляет 4,52 эВ. Отсюда Е = Е„(дг! = 4,52 1 1,5 10 = 3 1О В!и. ~3.4. Уравнение фотоэффекта Эйнштейна Фотоэлектрическая работа выхода для калия равна 2,0 эВ. На поверхность калия падает свет с Х = 350 нм.
Определите; !. Запирающий потенциал !хь 2. Кинетическую энергию Е~ самых быстрых электронов. 3. Скорости этих электронов. Вычислите, на сколько изменится запирающий потенциал, если длина волны света уменьшится до 348 нм. Решение Энергия фотона определяется из выражения 1,24 Е = !гс12. = — ' .
В, Х где ллина волны Х измеряется в мкм. Следовательно, в случае есяи Х = 350 нм, то Е = 1,24 ! 0,35 — — 3,54 зВ. Таким образом, энергия эмитируемых электронов Е,, представляет собой разность между энергией падающего излучения Е„„и работой выхода материала ~р, т. е. Е, = Е.„— Чг=!,54 эВ. 1. Поэтому запирающий потенциал равен 1,54 эВ. 2. Кииетическаа энеРгиЯ Ег наиболее быстРых электРонов также Равна 1,54эВ, ияи 2,46 10 "Дж. т 3.
Скорость наиболее быстрых электронов определяется выражением — яп „„„ 2 и = 2,46 1О' Дж, откуда получаем г„„, = 0,74х10 мlс. (ОЗ З Вакуумная электроника уравнение фотоэффекта Эйнштейна имеет вид 1 — лгу„,к, = )и — гр. 2 (3.4.1) Это уравнение можно переписать следующим образом; /~с Ф'. = — -ф, где 1'г — запиравший потенциал. Предполагая, что изменение й мало, запишем это уравнение в дифференциальной форме; )гс дХ д)гт = — — „.
е Хт Поскольку, согласно условиям задачи, дХ = 348 — 350 .= — 2 нм, а )г = 350 нм, получаем, что запираюший потенциал уменьшится на величину 1,б 10 )( 3,5 1О ") Рис. 3.3$. Схема фокусирования диафрагмы решение В аксиально-симметричных электрическом и магнитном поле фокусное расстояние диа- фрагмы с круглым отверстием имеет внд Е = 4(г„гг Е, — Е,, где де (тк — потенциал в цеш ре диафрагмы, Е, н Е, напряжения по обе стороны диафрагмы.
В Указанной системе по условиям задачи 1', =их-!I, УС(„, Е,=О, Е=но ~3.5. Фокусное расстояние диафрагмы Аксиально-симметричная электронно-оптическая система состоит из плоского катода К, вспомогательной ускорительной сетки С, находяшейся под потенциалом Ег,.
= 200 В, диафрагмы б и анода А. Анод и диафрагма имеют одинаковый потенциал (рис. 3.35). Определить потенциал диафрагмы ()к (по отношению к катоду), при котором электроны фокусировались бы на аноде. Расстояния между электродами равны г(г = 0,5 см, г(т = 0,8 см. Часть!. Вакуумная и плазменная электроника 504 Тогда (гя = К Вз /(44 '.суз) = 200 О 8 1О' 5 (4 О 5 10 + О 8 1О ) = 57 В, ~Я) Винтовое движение электрона в магнитном поле Покажите, что электрон, пересекающий под углом О прямую магнитную силовую линию, пересечет ее снова после того, как пролетит расстояние, равное 2лп ясозО! Вг), где т — скорость электрона и  — — иидукция однородного магнитного потока.
Вычислите время, за которое электрон, первоначально находившийся в покое, пролетит рассто асстояние 1= 1О мм, если разность потенциалов, приложенная на этом расстоянии, равна: С) постоянному напряжению 1'= 100 В; Ы переменному напряжению, изменяюи1емуся по синусоидальному закону, с амплитудой 25 В и частотой 3 МГц, Предположите, что в обоих случаях градиент потенциала являетс~ постоянной величиной, а во втором случае электрон находится в покое в тот момент, когда приложенное напряжение равно нулю. шт'з)п'О /'= В4тзшО = (3.6.1) Результирующее движение состоит из кругового движения, перпендикулярного полю, и поступательного движения в направлении силовых линий поля.
Поэтому, как показано на рис. 3.37, результирующее движение происходит по винтовой траектории, Пусть шаг винтовой линии есть р: (3.6.2) р = ТгсозО где У'-- время, за которое совершается один полный оборот при круговом движении. Если сэ — угловая скорость, то откуда Вд 2 еэ= — = 2лг = —, ги Т где у — циклотронная частота, а период 7'равен 2лт Т=— Вч (3.6.3) решение Пусть и — результирующая скорость электрона, направленная пол углом О к прямым силовым линиям магнитного поля (рис. 3.36), Таким образом, В и г не перпендикулярны друг другу. Составляющая скорости»., перпендикулярная полю, при круговом движении изменяется, а составляющая скорости т, в направлении поля остается неизменной.
Сила )ч вызывающая круговое движение электрона, равна 1»» 3 Вакуумная электроника Рис. З.за. Траектория электрона Рис. З.зт, Траектория электрона в магнитном псле Подставив (3.6.3) в (3.6.2), для шага винтовой линии получим следующее выражение: 2мкл соя О ЕО (3.6.4) Следовательно, поскольку а = г)Е г' т, 1 Е» » = — г) — 1 (3.6.6) 2 лг Из этого уравнения находим г и, подставляя в исходные данные (Е= )гг'! = 10" Вгм), получаем Мгновенное значение синусоидального напряжения с амплитудой 25 В и частотой » =3МГцравно 25ыпго 1 В,где а= 2лг" =2л 3 10' радзс. Напряженность электрического поля вычисляется по формуле 25з)пгс г Вг'м. Подставив выражение (3.6.7) в уравнение (3,6.6), получим (3.6.7) р 2» пг »125з)ланг (3.6.3) 1.
Поскольку электрон начинает свое движение из состояния покоя, его начальная ско- рость и = О. Поэтому расстояние, пройденное электроном, определяется по формуле 2 » = — п1 2 Часть /, Вакуумная и плазменная электроника Возведем в квадрат обе части уравнения (3,6,8)! 2з т г 925гйпо> ! (3.6.9) Обозначим аэг через О и подставим эту величину вместо г и оз! в уравнение (3.6,9). В результате получим 2з!тщ! 925з!по Подстановка исходных данных дает для величины 0 з!пе следующее значение: ! 2з л!сэ' 2 10 ' 4л! 9 10" О 5!лев 925 1,76 1Оо 25 (3.6,10) Уравнение (3.6.!0) можно решить приближенно, если предположить, что для малых значений О, выраженных в радианах, з!пе — э О. Тогда Е! = 0,0161 (3.6.11) или Ем0,252 р д.
Проверим этот ответ, Вычисляя 0 в градусах (О = 0,252 180 ! к = 14,5') и подставляя этот результат в аргумент синуса в уравнении (3.6,10), имеем 0,252' э!и ! 4,5' = О, 016 . Таким образом, значение (3.6.11) найдено верно, и, следовательно, 0 = 0,252 рад. Но поскольку О .= оэг, отсюда находим 0,252 , =!3,4 нс. 2л 3.!О' 3.7.) Анализ энергий электронов методом тормозящего поля В плоскую систему электродов с тормозящим электрическим полем вводится поток элек- тронов с начальными энергиями Е, м 10 эВ и силой тока 1 =- ! 0' А. Посгроить вольт-амперную характеристику тока на отрицательный электрод, считая, что: 1.
Направления скорости всех электронов нормальны к поверхности электродов. 2. Направления скорости электронов распределены изотропно. 3. Направления скорости электронов распределены в пространстве по закону косинуса. Решение Условием попалания электрона на отрицательный электрод будет Е! > дК где Е, — — кинел!ческая энергия, соответствующая нормальной компоненте скорости, зу — потенциал отрицательного электрода Е„=вгг„/2=! и соя %= !':,соя!о, (3.7.1) где 0 — угол между направлением скорости рассматриваемого электрона и нормалью системы (рис. 3 38) 3 Вакуумная электроника Условием попадании РассматРиваемого электРона на отРицательный электРод бУдет (3.7,2) Ео сок 9 > к/(/ Рис.
3.38. Схема движения электронов в плоской системе электродов Е Если для всех электронов угол 9 = О, то условием попадания станет Еэ > ~ г/П! . (3.73) Поэтому =/ пРи ~(/~ <Ек/0 (= 0 при ~ (/~ > Ек/о 2. При иэотропном распределении направлений скоростей электронов количество электронов в потоке кьк'(В,кр), движущемся в пределах элемента телесного угла Ий (О, ф), пропорционально величине этого угла Ю'(В,кр) а к(Я= анйпВ к(0 г(кр, гле а — некоторая константа пропорциональности, которая может быть найдена пу- тем нормирования функции М(0, ~р) . Условию попадания электрона на отрицательный электрод будут удовлетворять электроны, у которых соэ В ~~ к/(/ ( /Е,, Поэтому на отрицательный электрод должны попалать только те электроны, у которых угол 0 меньше некоторого предельного угла Вм (3.7.4) Поток электронов, направления скоростей которых лежат в пределах углов от 0 да некоторого 9, равен у(0) =д~ (~к(пВг/Вк/р=2л а((-сокВ) .
э О )3 частном случае, если В = к / 2, то, очевидно, /у(0) = Ф, или всему потоку электронов. Так же можно найти а =- л', / 2 Часть 1, Вакуумная и плазменная электроника ?8 Величина тока на коллектор в зависимости от потенциала коллектора равна !((!)=г?Л(!!)=г??у,(! — соз0„„)=П) — ДЯ!Е,)для(?~ Е,?г! и о = Опля! Ь'~ > Ео! 1!. При распределении направлений скоростей элелгронов по закону косинуса оЬ'(О, гр) = а, соя 0 г?й, тг О ??(О) = а, )' ~з!пбсозбг?Ог?Ф = и а (1 — созз0) о о Нормированием находим величину а, = о,'о ! л, тогда гт(0) = ото(1 соз О) .
Подставляя величину Оте определяем вольт-амперную характеристику (рис. 3.39) =?(1-)бфК„) д я~ и~ <Рч,уб. и г .— — О для; Ь'! > Ео ! г!. Рис. 3.39. Вольт-амперные характеристики: в — направления скорости всех электронов перпендикулярны х поверхности электродов; б — изотропное распределение скоростей электронов; в в направления скоростей распределены по закону косинуса ;онтрольные вопросы Что такое вакуулшая электроника? Какие элементы входят в модель прибора вакуумной электроники? Что представляет собой явление электронной эмиссии? Что такое явление термоэлектронной эмиссии? Выпишите уравнение Ричардсона — Дешмана. В чем заключается эффект 1Воттки? В чем заключается явление фотоэлектронной эмиссии? Выпишите закон Эйнштейна для фотоэффекта.
Что гаков крас~ ~ах гранина Фотоэффекта? Выпишите закон Фаулера для фотоэффелта. Что такое автоэлектронная эмиссия? Выпишите закон Фоулеро — 11ордгейлоа. Что такое эзекгронная пушка? Как она устроена? Опишите поведение электрона а окрашенном электрическолг и магнитном полях. З Вакуумная электроника Гй Какие устройства управления электронным пучком вы знаете? Изложите основные положения управления пучком с помощью электронной оптики. Какие элементы магнитной оптики вы знаете? 15 Каковы физические принципы резонансного метода скоростной модуляции? Каковы физические принципы нерсзонансного метода скоростной модуляции? 17 Выпишите закон Рамо лля наведенного в цепи тока.
1я Каков принцип отбг~ра энергии из электронного пучка? Перечислите основные физические явяения при воздействии электронного пучка на мишень. Рекомендуемая литература Алямовский И. В Электронные пучки и эдсктронные пушки. — Мс Советское радио, 1966. Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника. — Мс Наука, 1966. 3, Киселев А. Б. Металлооксидныс катоды электронных приборов. — Мс МФТИ, 2001. Лебедев И. В. Техника и приборы СВЧ. — Мс Высшая гикала, 1972. 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
