Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Из-за наличия неоднородностей напряженность поля в околокатодной области оказывается выше пороговой (рис. 9.14, б). Вследствие этого левее сечения х, появляются «тяжелые» электроны, движущиеся со скоростью ен а правее х, находятся «легкие» электроны, движущиеся со скоростью е» По мере продвижения «тяжелых» и «легких» электронов к аноду формируется зарядовый пакет, называемый доменом. Он состоит из двух слоев (рис. 9.14, в): слой со стороны катода из-за избытка «тяжелых» электронов имеет отрицательный заряд, слой со стороны анода из-за недостатка «легких» электронов имеет положительный заряд. Наличие этих зарядов ведет к образованию электрического поля домена, направленного в ту же сторону, что и внешнее поле (рис. 9.14, г). По мере формирования домена поле в нем растет, а за пределами домена — уменьшается.
Поэтому скорость движения «тяжелых» электронов внутри домена возрастает, а скорость движения «легких» электронов за пределами домена уменьшается. В некоторый момент времени г, скорости движения «легких» и «тяжелых» электронов становятся одинаковыми, и формирование домена завершается. Сформированный домен продолжает двигаться к аноду со скоростью е„= р«е, = ц,е» Достигнув анода, домен рассасывается, в структуре устанавливается исходное распределение напряженности поля (рис.
9.14, б) и начинается формирование нового домена. Зная закономерности изменения скоростей «тяжелых» и «легких» электронов, нетрудно объяснить характер изменения тока во внешней цепи. В момент включения г, в кристалле все электроны являются «легкими», и плотность тока через кристалл имеет максимальное значение: Л„= у~«91 Ьо. По мере формирования домена возрастает напряженность поля внутри домена и уменьшается вне его пределов, при этом снижается дрейфовая скорость и, соответственно, ток. После образования домена (момент г,) в кристалле установится минимальный ток 1ы» = Чя«Н~ е» Глава 9. Основы ф ональной элекг ники В момент г, домен достигает анода и рассасывается в интервале т, = г, — гь при атом ток возрастает.
Изменение тока во времени иллюстрирует рис. 9.15. Частота следования импульсов определяется дрейфовой скоростью домена е„и длиной кристалла Е: При Е = 10 мкм и е„, = 10' см/с частота колебаний составляет 10 ГГц. Рне. алв Контрольные вопросы На основе эффекта Ганна выполняют также СВЧ-усилители, рабочая точка которых находится на падающем участке вольт-амперной характеристики. Усиление мощности такого усилителя на частоте 25-30 ГГц достигает 60-70. На основе эффекта Ганна могут также выполняться элементы логических схем, быстродействие которых достигает 10 "-10 " с. Кроме того, на основе эффекта Ганна выполняют импульсные усилители, работающие в триггерном режиме.
На основе эффекта Ганна могут быть созданы элементы памяти, аналого-цифровые преобразователи и ряд других устройств. Контрольные вопросы 1. Какие существуют проблемы повышения степени интеграции7 2. В чем состоят основные особенности больших интегральных схем? 3. Что такое акустоэлектронные устройства и как они работают? 4. Что такое магнитоэлектронные устройства и как они работают7 5.
Что такое оптоэлектронные устройства и как они работают7 6. В чем состоит сущность эффекта Ганна? Глава 10 Вакуумная электроника В вакуумной электронике используется движение носителей заряда в вакууме или разреженном газе. Электронные приборы, в которых движение носителей заряда происходит в вакууме, называются электровахуумными, а электронные приборы, в которых движение носителей заряда происходит в разреженном газе, называются газоразрядными. Любой электровакуумный или газоразрядный прибор состоит из системы электродов, смонтированных внутри стеклянного,металлического или металлокерамического баллона, из которого откачан воздух. В газоразрядных приборах баллон наполнен газом при сравнительно невысоком давлении. Один из электродов, являющийся источником электронов, называется катодом.
Вторым электродом, предназначенным для собирания электронов, является анод. Кроме того, в электронных приборах может находиться несколько электродов, называемых сетками, которые располагаются между катодом и анодом. К электровакуумным приборам относятся электронные лампы, электронно-лучевые трубки и фотоэлектронные приборы. Электронные лампы, так же как и полупроводниковые приборы, предназначены для различного рода преобразований электрических сигналов.
В настоящее время их применяют главным образом на сверхвысоких частотах и в мощных усилителях и генераторах. В электроннолучевых трубках (ЭЛТ) движение электронов происходит в виде узкого луча, что позволяет преобразовывать электрические сигналы в видимые изображения (кинескопы в телевидении, ЭЛТ в осциллографах) или, наоборот, видимые изображения преобразовывать в электрические сигналы (передающие телевизионные трубки). В фотоэлектронных приборах (ФЭП) осуществляется преобразование электромагнитного излучения в электрические сигналы. Принцип работы ФЭП основан на фотоэлектронной эмиссии. В газоразрядных приборах может происходить дуговой или тлеющий разряд. Дуговой разряд используется в газотронах (двухэлектродных приборах), применяемых в мощных выпрямителях.
Тлеющий разряд используется в стабилитронах, применяемых в схемах стабилизации напряжения, н световых индикаторах. 451 10.1. 0ак мные диоды 10.1. Вакуумные диоды Вакуумный диод содержит два электрода — катод и анод. Катод представляет собой никелевый цилиндр, на поверхность которого нанесен оксидный слой; а внутри расположен вольфрамовый подогреватель, нагреваемый до высокой температуры протекающим по нему электрическим током. При нагреве катода до температуры 1000-2000 К возникает термозлектронная эмиссия. Анод также имеет цилиндрическую форму.
Если потенциал анода положителен относительно катода, то электроны, покинувшие катод, перемещаются к аноду и создают в анодной цепи ток, называемый анодным. При отрицательном потенциале анода электрическое поле препятствует движению электронов и возвращает их на катод. Электрическое поле в диоде Рассмотрим плоскую конструкцию диода, в которой между плоскими анодом и катодом действует анодное напряжение и, = гр, — гр,. Если принять гр„= О, то анодное напряжение численно равно потенциалу анода, то есть и, = гр„.
При подведении к диоду напряжения и, на аноде и катоде возникают заряды д„и д„, создающие вяекгнее электрическое иоле. Заряд д, определяется соотношением д, = С„,(<р, — <р„) = С„,и„ где С„, — емкость между катодом и анодом. Заряд д„определяется соотношением д„= С„,(гр„— <р,) = -С„,и,. Заряды у„и д„создают между плоскими анодом и катодом однородное электрическое поле, которое можно охарактеризовать потенциальной диаграммой, имеющей вид прямой линии (график 1 на рис.
10,1). Рис. 10.1 Электроны, заполняющие пространство между катодом и анодом, создают иоле пространственного заряда. При этом следует иметь в виду, что отрицательные заряды электронов наводят на электродах заряды противоположного знака. Поэтому поле пространственного заряда создается не только пространственным зарядом электронов, но и наведенными на электродах положительными зарядами.
Величина потенциала поля определяется результирующим действием как пространственных, так и наведенных зарядов. В разрядном промежутке между Глава 10. Вакуумная электроника Околокатодный процесс Окалокатодный процесс определяет количество электронов, эмитированных ка- тодом, способных преодолеть потенциальный барьер ур ~.
Обозначим через Дг, ко- личество электронов, эмитируемых в 1 с с 1 см' поверхности катода. Эти электро- ны создают ток эмиссии, плотность которого определяется уравнением где А — константа, зависящая от материала катода; (Е, — Е„) — работа выхода электрона; я — постоянная Больцмана; Т вЂ” абсолютная температура. Электроны, эмитированные катодом, имеют различные начальные скорости.
Рас- пределение электронов по начальным скоростям характеризуется экспоненциаль- ной зависимостью -и М„= М,ехр —, и, (10.2) где и — скорость электрона, В; дÄ— количество электронов, начальная скорость которых превышает величину и. Количество электронов, способных преодолеть потенциальный барьер высо- той (<р (, можно определить, приняв и = )<р,). Тогда плотность катодного тока бу- дет равна )„= дМ„= дМ,ехр л: = 1,ехр~~ и, е и' (10.3) катодом и анодом электроны движутся равномерно ускоренно, поэтому плотность объемного заряда электронов убывает в направлении от катода к аноду.
Вследствие этого распределение потенциала поля пространственного заряда в разрядном промежутке принимает вид, показанный графиком 2 на рис. 10,1, По мере удаления от катода усиливается влияние объемного отрицательного заряда, поэтому потенциал д(х) становится более отрицательным. Если бы распределение объемного заряда было равномерным, то точка минимального потенциала располагалась бы посередине разрядного промежутка. Однако поскольку плотность объемного заряда у катода больше, чем у анода, точка минимального потенциала оказывается смещенной в сторону катода. По мере приближения к аноду возрастает влияние наведенного положительного заряда на аноде, поэтому потенциал поля пространственного заряда возрастает.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
