29_kospect_electro (555831), страница 17
Текст из файла (страница 17)
13.12При воздействии переменного напряжения на сетке Ua=Ea – IaRн. Изменение нааноде слабо влияет на анодный ток. Напряжение на аноде изменяется в противофазе снапряжением на сетке.Для выбора рабочей точки используются не статическая характеристика, арабочая (динамическая) характеристика усилительного каскада.Рис.13.13Построение рабочей характеристики триода.Sд – рабочая динамическая крутизнаSд =dI adU aпри R н = const ; E0 = constdU a = − Rн dI a ; dI a = SdU a − R dI a 1 + н = SdU aRi Sд =(13.31)RнdI aRiSR1+ нRiРабочая крутизна Sд <S ; с уменьшением Rн крутизна увеличивается.Коэффициент усиления по напряжениюKu =dU adU cпри Rн = const и Е а = const(13.32)можно получитьKu =µ1+RнRi(13.33)Кu <µ и Кu стремится к µ при увеличении Rн.Рабочие параметры усилительной схемы Sд и Кu можно вычислить, знаяпараметры лампы (µ, S, Ri) и параметры схемы (Rн).Недостатки триодов – сравнительно невысокое внутреннее сопротивление,большую проходную емкость, что ограничивает их применение на высоких частотах,нельзя совместить «левую» характеристику и высокий µ.Шумы электронных ламп.Чувствительность радиоприема определяется флуктуациями токов в целяхэлектронных ламп, это неупорядоченные изменения анодного тока электронных ламп.Основные причины собственных шумов – дробовой эффект, мерцание катода и наличие влампах положительных ионов.Непостоянство эмиссии катода во времени связано с выходом из катодаотдельных электронов (Шотки назвал это дробовым эффектом).
В режиме насыщениядействующее значение флуктуационной составляющей тока в анодной цепиI ш = 2еI a ∆f, где(13.34)где I0 – постоянная составляющая анодного тока;е – заряд электрона;∆f – полоса частот в которой измеряется шум.Другая причина появления шумов – неоднородность физических свойствоксидного покрытия катода и изменение эмиссионных свойств отдельных участков вовремени. Это «фликер-эффект», эффект мерцания катода. Уровень шумов уменьшаетсяпри создании у катода большого объемного заряда.При возникновении в электронной лампе ионов (при ионизации остаточныхгазов) последние частично компенсируют пространственный заряд, при этомдемпфирующее действие пространственного заряда уменьшается, и уровень шумоввозрастает.Чем больше электродов тем выше уровень шумов (из-за токораспределениямежду электродами).
Вторичная электронная эмиссия с анода увеличивает уровеньшумов.Известно, что из-за беспорядочного теплового движения электронов впроводниках возникают флуктуационные падения напряжения (формула Найквиста)(13.35)U c 2 = 4kTRш ∆fгдек–постоянная БольцманаТ и R – сопротивление проводника∆f – полоса частот.Для электронной лампы вводится понятие шумового сопротивления Rш:U c 2 = 4kTRш ∆f(13.36)такое шумовое напряжение создается в реальной лампе.Для диода:Rш ≈2,3S(13.37)2,5Для триода: Rш ≈ SДля пентода или тетрода:Rш ──200 Ом (до сотен кОм)(13.38)Rш ≈I a 2,3 20 I с 2 +I a + I с2 SS (13.39)Лекция 18. Электронно-лучевые приборы.
Принципы формированияэлектронных пучков.Основное уравнение электронной оптики. Условие фокусирующего действия электростатическойполя. Конструкция простейшей электростатической линзы . Траектории электронов ифокусирующее действие короткой магнитной линзы.Электронно-лучевые приборы – это электровакуумные приборы, действие которых основано наформировании и управлении по интенсивности и положению электронного пучка. Электронные пучкииспользуются в осциллографах, телевизионных систем, индикаторов РЛС, приборов СВЧ.
Они так жеиспользуются в качестве быстродействующих переключателей, в автоматическом контроле и ЭВМ дляиндикации и регистрации алфавитно-цифровых и графических данных и др.В ЭЛП три основных элемента: электронный прожектор (устройство для формирования электронного луча),отклоняющая система и люминесцирующий экран. Это вакуумные приборы (10-5…10-4 Па). Электронно-лучевыеприборы обеспечивают возможность анализировать быстропротекающие процессы, принимать или передаватьтелевизионные изображения, записывать или считывать определенную информацию.Рассмотрим основное уравнение электронной оптики.
Рассматривается движение электронов в аксиалоносимметричном, статическом поле – для получения условий формирования узких сфокусированных направленныхпотоков электронов. Электрон движется вблизи оси системы, почти параллельно ей (в параксиальной области) –это предположение. Цилиндрическая система координат (r, ϕ, z, r-расстояние от оси, ϕ-угловая координата, zрасстояние вдоль оси системы).
Потенциал электрического поля с осевой симметрией U(r, z), поле аксиалносимметрично,dU= 0 , U(-r, z)= U(r, z).dϕ(14.1)Напряженность электрического поля (аксиально симметричного) имеет только две составляющиеEr = −∂U (r , z )∂U (r , z )и Ez = −.drdz(14.2)Электрическое поле удовлетворяет уравнению Пуассона:divE = 4πρdivgradU = 4πρ(14.3)где ρ-плотность пространственного зарядаПространство свободно от заряда, ρ=0, т.к. весь заряд сосредоточен на электродах.В цилиндрической системе координат уравнение Пуассона представляется в виде:∂ 2U z ∂U ∂ 2U++ 2 =0∂z 2 r ∂r∂r(14.4)Получить решение довольно сложно (в аналитическом виде), причем в редких случаях для простыхконфигураций электродов используют числовые методы расчеты электростатического поля илиэкспериментальные методы измерения распределения потенциала в междуэлектродном пространстве.Решение уравнения (14.4) в параксиальном приближении (малые отключения частиц оси z) находится в видеряда по степени r:U ( z , r ) = U 0 ( z ) + U 2 ( z )r 2 + U 4 ( z )r 4 + ...(14.5)U0-распределение потенциала по оси (r=0)( 2k )∞1 "r2k U0U ( z , r ) = U 0 ( z ) = U 0 ( z )r + ...
= ∑ (−1)( ) 2k24( k !) 2k =o(14.6)U 0" ,U 0( 2 k ) -производные по zДля параксиального приближения можно отбросить все члены уравнения, содержащие высшие степенивеличины r:Er =U"r2(14.7)E z = −U '(14.8)Радиальная сила, действующая на электрон:F r = −e E r = −eU" 2r2U">0 – радиальная сила направленная к оси системы, это собирающая линзаU"<0 – радиальная сила направленная от оси (по направлению r), можно реализовать рассеивающую линзуУравнение движения электрона в поле описанном формулой (14.6)d 2z∂Ud 2r∂Ue=ηи=η, η=- отношение заряда электрона к его массе22∂z∂rmdtdtс учетом (14.7) и (14.8)U 0"d 2zd 2r'=ηUи=−ηr02dt 2dt 2уравнение движения в явном виде r=f(z)2d 2 z 1 d dz '= = ηU22 dz dt dt(14.9)проведя интегрирование и преобразованияd 2 r d dr dz U"==−ηr2dt 2 dz dz dt d 2 r U 0' ( z ) dr U 0" ( z )++=0dz 2 2U 0 ( z ) dz 4U 0 ( z )(14.10)(14.11)Это основное уравнение электронной оптики аксиально симметричных электростатических полей.
Оноописывает траекторию параксиальных заряженных частиц в аксиально симметричном электростатическом поле.Анализ основного уравнения (r=f(z) – траектория электрона)U 0' ' U 0"r +r +r=02U 04U 0"(14.12)приводит к следующему:1. В уравнение не входят e и m. Любые заряженные частицы, выходящие из общей точки с нулевымпотенциалом, описывают в аксиально симметричном электростатическом поле одинаковые траектории.2. Уравнение однородно относительно r, U и z. Следовательно, пропорциональное изменение напряжения навсех электродах не меняет траектории частиц, а при пропорциональном изменении геометрическихразмеров траектории изменяются подобным образом.3.
Линейность уравнения. Возможно получение электронно-оптического изображения при помощиаксиально симметричного электростатического поля, т.е. такое поле представляет собой электроннуюлинзу.Все частицы выходящие из одной точки плоскости объекта снова собираются к точке плоскостиизображенияZ =aZ =bОбщее решение линейного однородного∂ 2Uдифференциального уравнения второго порядка → в виде≠0∂Z 2суммы частных решений первого порядка.AB′r ( Z ) = C1 r1 ( Z ) + C 2 r2 ( Z )ZC2r1 ( Z ) , r2 ( Z ) - частные решенияC 2 r2 (b )С1, С2 – произвольные постоянныеBA′Z = a r1(a) = 0 r2(a) = 1R(a) = C2ПлоскостьZ = b r(b) = 0 r(b) = C2r2изображени яРис. 14.1.
Принцип формирования изображения в электростатическом полеГеометрическое подобие вытекает из независимости увеличения К от расстояния отображаемых точек от осиK=r (b) C 2 r2 (b)== r2 (b) = constr (a)C2Отображение плоскости предмета, являющегося источником электронов, в плоскость электронно-оптическогоизображения.Любое неоднородное симметричное электростатичное поле является электронной линзой.Рассмотрим примеры простейших электростатических электронных линз.Линзы –диафрагмы. Образованы диафрагмой с круглым отверстием в одной из пластин плоского конденсатора0+ U10+ U10+U2Распределение потенциалов итраекторий частицZUZU1 = U 2UU1ZU′Распределение первой и второйпроизводных потенциала.ZU′U 1′ = 0U 2′ > 0U 1′ > 0(a )U ′′ > 0ZU 2′ = 0(b )U ′′ < 0ZРис.
14.2. Анализ структуры электростатического поля в собирающей (а) и рассеивающей (b) линзах.По обе стороны линзы лежат области линейно растущих или падающих потенциалов. В частном случае содной стороны от линзы может лежать область постоянного потенциала.Радиальная сила сила Fr действующая на электрон, пропорциональная второй производной потенциала поZ и направлена к оси, если U''>0 (собирающая линза), или от оси, если U'<0 (рассеивающая линза).Одиночные линзы – линзы, по обе стороны которых лежат области постоянных и равных потенциалов. Вэтом случае линза напоминает одиночную стеклянную линзу, помещенную в оптически однородную среду и поэтому называется одиночной.Рис.
14.3. Различные системы коаксиальных электронов (диафрагм и цилиндров), образующиходиночные линзы.Распределение потенциалов итраекторий частицРаспределение первой и второйпроизводных потенциала.U ′′ < 0 U ′′ > 0 U ′′ < 0U ′′ > 0 U ′′ < 0 U ′′ > 0Рис. 14.3. Анализ распределения электростатических полей в одиночной линзе.Одиночная линза всегда собирающая, так как собирающую область поля электроны проходят с меньшимискоростями, чем рассеивающую.Иммерсионные линзы – линзы, по обе стороны которых лежат области постоянных, но разных по величинепотенциалов (аналогия с оптическими линзами, где отделяется «иммерсионная» жидкость от воздуха).\Рис.14.5. Различные система коаксиальных электродов, образующих иммерсионные линзы.+−+−Вид эквипотенциальныхповерхностейUUU2U2U1Распределение потенциала итраектории частицU1ZZU ′′U ′′ZZU′U ′′U ′′ > 0Распределение первой ивторой производнойпотенциалаU ′′ < 0U ′′ < 0U ′′ > 0Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
