Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Чза шкас ЭОП и как он устроен? 14 Что такое фотоумножитель, и какие явления положены в основу сга работы? Рекомендуемая литература 1. Аваев Н, А., Шишкин Г. Г. Электронные приборы. — Мс МАИ,!996. 2. Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В. Эмиссионная электроника. — Мл Наука, 1966. 3. ?!обедов И. В. Техника и приборы СВЧ. — Мл Вьюшая школа, 1972. 4 Линч П., Пиколайлес А. Задачи по физической элекй?алике.
Под рсл. проф, Г. В. Скроцкого.— Мл Мир, 1975. 5. Левитский С. М. Сборник задач и расчетов па физической электронике. — Изд. Киевского университета, 1964. 6 Соболева Н. А.„Меламид А. Га Фотоэлектронные приборы.--Мл Высшая школа, 1974. Щука А, А. Вакуумная электроника. Учебное пособие. — Мл МИРЭА. 2002. 5.
Плазменная электроника 5.1. Основные понятия Плазменная электроника — раздел электроники, в котором изучаются процессы коллективного взаимодействия потоков заряженных частиц с плазмой н ионизнрованным газом, приводящие к возбуждению в системе волн и колебаний, а также использование эффектов такого взаимодействия для создания приборов н устройств элок~раиной техники. Плазма (от греческого рlазти — выявленное, оформленное) представляет собой частично или полностью ионизированный гаэ, в котороч плотности положительных (ионов) и отрицательных зарядов (электронов) практически одинаковы. Это название было предложено американским физиком Ленгмюром в ! 923 году, Под нонпэироаанным газом понимается газ, в котором значительная часть атомов потеряли нли прнобрелн по одному ялн несколько электронов и превратились в ионы.
В зависимости от количества потерянных илн приобретенных ионов различают различные степени ионизацин газа. Существуют различные механизмы ионнзации газа, основные нз которых: термическая ионизация прн нагреве газа, ионизация светом — фотоионизация, бомбардировка газа заряженными частицами. Ионизированный гвз превращается в четвертое агрегатное состояние вещества. Другими словами, пространственные заряды электронов и положительных ионов должны компенсировать друг друга и тогда плазма считается квазннейтральной. Самый простой способ получения плазмы — зажигание газового разряда. 5.2. Электрический разряд в газах Эяектрическии разряд в ~азах возникает прн прохождении электрического тока через ионнзированные газы.
В зависимости от характера приложенного поля, от давления газа, формы н расположения электродов различают различные типы разрядов. Прн небольшом напряжении (=100 В) — и через газ наблюдается прохождение тока (м10 Л). Вилимо, этот ток ооусловлен слаоой ноннзацней газа космическими лучами. Разряды в постоянном поле возникают при про хождении тока в газе н могут быть представлены в виде вольтамперной характеристики (рнс.
5.1). При увеличении напряжения ток резко возрастает (участок 1 — 2 кривои иа рнс. 5. . 5.1) н достигает насыщения (участок 2 — 3) Прн небольших давлениях 1=10 ' — 10торр) и тся большом ограничительном сопротивлении рг внешней цепи при токе =1О А зажигает тинный или нпйтсендааскпй раэрнд (участок 2- — 3). Этот процесс характеризуется полным вытягиванием всех образовавшихся в газе за рядов. б Плазменная электроника 14У Рис. 6Л. Вопьтамперная характеристика тазовых разрядов а =.4р ехр~-В/(Етут)), (5.1) где А (м '1, В [Вдм.мм рт, ст.), Е у ут (кВ и ' мм рт.
ст.) — константы, имеющие определенные табличные значения для различных газовых сред. Вторичные электроны, появившиеся в результате ионизации газа, также движутся в электрическом поле и ионизируют газ. Лавинообразное размножение электронов приводит к тому, что поток в конце разрядного промежутка значительно больше потока электронов в его начале.
Коэффициент у< такого газового усиления в однородном поле определяется как /< = ехр(аВ), (5.2) где </ — ширина разрядного промежутка. Положительные ионы, возникшие в результате ионизации, выбивают на отрицательном электроде лополнительное количество электронов. Вклад вторичной ионно-электронной эмиссии увеличивает значение 1<: ехр(«<() 1- у (ехр(а<( — 1)) (5.3) "де у — коэффициент вторичной иск<но-злелчронной эмиссии материала катода, значения к~~~рого лля различных газов и материалов можно найти в справочниках. Растение в нуль знаменателя в формуле (5.3) означает, что небольшой поток первичных лакэ'Роков способен возбудить значительный разрядный ток и зажечь самостоятельный Разряд В за 'висимости от типа газа, конфигурации электродов и расстояния межлу ними при даль ьнейшем небольщол< увеличении напряжения наблюдаешься возникновение самостоятелы„ ного Разряла.
Этот тип разряда не зависит ум<с от внешних фалторов и не нуждается во вн "ел<нем источнике ионизации (участок 3--4). При этом резко падает напряжение Разряда р этом случае говорят об электрическом пробое газового промежутка. При этом возни Руют ""кают новые электроны, которые под действием поля набирают энергию и понизит газ (участок 4 — 5). двигаясь под действием электрического поля в газовой среле, электроны производят на своем пути ионизацию молекул гиа. Мерой такой ионизации является с~епень ионизации а, определяемая как Часть!.
Вакуумная и плазменная электроника я Критерием возникновения самостоятельного разряда является условие т (ехр(гхг(-1)) =1. (5.4) Пробойным потенциалом или потенциалом зажигания является разность потенциалов, прн котором выполняется условие (5.4), и опредетяется он из соотношения (7„= Вргг( (п(!1рг()(С, (5.5) где константы А и В уже упоминались, а константа Г = 1и(! + 1/7) При небольшом внешнем сопротивлении (1 возникает тлеющий разряд (участок 3 — б) при токе = 1О ' — !0 ' Л и напряжении до 10 В. Характерный поперечный размер разрядной трубки составляет м! см.
1'1ри этом образуется однородный светящийся столб. Это так называемый лалажиглелькый' столб разряаа, который представляет собой плазму тлеющего разряда. Она является неравновесной с невысокой с~слепые ионнзацни, н ее электронная температура составляет Т, = 1О К. Если повышать напряжение дальше, то после газового пробоя зажигается дуговой разряд Для него характерно высокое значение тока и достаточно низкое напряжение (участок 7 — 8).
Дуговой разряд визуально представляет собой ярко светящийся газовый столб. В дуговом разряде плазма равновесия такая, что температура электронов примерно равна температуре нонной составляюи!егй Т,. =- Т, = 10' К при достаточно высокой степени ионизацни. При резко неоднородном поле возникает коронный разряд. Ионизация и возбуждение молекул газа в коронном разряде наблюдается только в области, где поверхность электродов искривлена и возникает наиболыпая напряженность электрического поля. Для цилиндрической системы элелтродов возникновение коронного разряда происходит при напряженности поля, определяемой эмпирической формулой (5.6) Ет=З(р 1- ' гДе Е, — напРЯженность электРического полЯ, кВ!сьц Р— давление газа, атмд гя — — Ра ч' диус коронирующего электрода.
На Рис, 5.1 изобРажена нагРУзочнаЯ пРЯмаа Е- Е / Рч с помощью котоРой пУтем подбоРа " тип сопротивления нагрузки Л в нагрузочкой прямой можно получить определенныи ти ~азового разряда. Разряды можно классифицировать по состоянию плазмы разряда н частоте электричес« кого поля. По харак-геру ионизационного состояния газа мох<но различать: ьз пробой газа; () поддержание электрическим полем неравновесной плазмы', (1 поддержание равновесной плазмы, В свою очередь электрические поля делятся по частотам: ь.) постоянные, включая низкочастотные, я (.) высокочастотные(ВЧ) с Тм 1Π— !О 1ц; б Плазменная электроника Б) сверхвысокочастотные (СВЧ) с (= 1Π— 1О Гц; г) оптические (от ультрафиолета до инфракрасного диапазона).
В е зти комбинации электрического поля применяются в плазменной электронике. и разрядный промежуток достаточно велик, то основную его чань занимает плазмен„,и столб. Это относится как к тлеющему, так и к дуговому разряду. Параметры тлеюшестолба зависят от условия стационарности, которое заключается в том, что должно блюдаться равенство средней частоты ионизацнн и обратного времени м<иэни заряженных частнгь Нонизация происходит под действием электронных уларов, а распределенно элекгронов ло энергии экспоненциально спадает.
Средняя энергия электронов в столбе составляет порядка нескольких эВ. При малых давлениях и токах величина температуры ионов порядка комнатной. В таком случае плазма неравновесная. Для такой плазмы характерны неустойчивости, которые выражаются в формировании ел~рот — чередующихся светлых и темных полос в разряде, а также в шнурованин тока, что приводит к отрыву плазмы от стенок. Неустойчивости можно избежаггь варьируя напряженность электрического поля и его частоту. Для создания электронных плазменных приборов важным моментом является получение стационарного газового разряда с равновесной плазмой.
5.3. Процессы в плазме Плазму можно получить при разогреве вещества, находящегося в газообразном или твердом состоянии. Плазму называют четвертым состоянием вещества. Состояние равновесной плазмы, как и всякого газа, определяется ее составом, концентрацией компонент и температурой, Обозначим парциазьные концентрации компонент плазмы л„, придавая индексу а значения а (нейтральные частицы), 1 (ионы), гт (электроны). Вообще говоря, плазма может содержать различные виды (сорта) атомов и ионов. В большинстве случаев будем рассматривать з.ак называемую простую плазму, состоящую из нейтральных частиц одного сорта, однозарядных ионов того же сорта и электронов. Тогда степень ионизации г1 мо'кно определить как отношение концентрации ионов и нейтральных атомов: т) = л, !(л, е л„). емпературу плазмы убудем выражать в энергетических единицах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
