71. Электронноолучевые трубки

Электронно‑лучевые трубки широко применяются в осциллографах, телевизионных приемниках, радиолокационной аппаратуре и других электронных устройствах. В геофизической практике используются главным образом трубки, предназначенные для работы в осциллографах, при помощи которых наблюдаются кривые изменений электрических величин.

В запаянном и откачанном стеклянном баллоне 1 такой трубки (рис. 72а) помещены электроды. С катода 2 эмиттируется поток электронов, который под действием электрического поля фокусируется в узкий пучок, падающий на флуоресцирующий экран 9, где появляется светящееся пятно.

Рис. 72. Электронноолучевая трубка:

а) схема устройства;

б) схема электронного прожектора

На пути к экрану электронный поток проходит между двумя парами отклоняющих пластин: 7 и 8. Изменяя напряжения на этих пластинах, можно менять направление движения электронов и местоположение светящегося пятна на экране трубки. В электронно‑лучевых трубках используются большей частью оксидные катоды с косвенным накалом. Применение таких катодов дает возможность получить большую плотность тока эмиссии, что важно для получения пятна достаточной яркости. Катод помещают внутри управляющего цилиндрического электрода 3, называемого модулятором и имеющего отрицательный потенциал относительно катода (порядка нескольких десятков вольт).

Первый анод 4 выполняется в виде цилиндра с несколькими диафрагмами, имеющими соосные с трубкой отверстия. На этот анод подается положительный потенциал относительно катода (несколько сотен вольт). Под действием ускоряющего поля первого анода электроны, вышедшие из модулятора, движутся к первому аноду в виде расходящегося пучка.

На второй анод 5 подается больший положительный потенциал, чем на первый (порядка 1–6 кВ).

На участках между модулятором 3 и анодом 4, а также между анодами 4 и 5 электроны стремятся двигаться в электростатическом поле вдоль его силовых линий, т. е. перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям (рис. 72б).

На участках пути электронов, где эти поверхности обращены выпуклостями навстречу пучку электронов (участки О – О₁ и О₃ – О₄) последние отклоняются к осевой линии. На участках О₁ – О₂ и О₄  – О₅, где эквипотенциальные поверхности обращены к пучку вогнутостью, электроны отклоняются от осевой линии.

Такое распределение электрических полей называют электронными линзами. Система, состоящая из электродов 3, 4, 5, создающая узкий пучок электронов, называется электронным прожектором.

72. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом

При освещении металлов или полупроводников электронам этих веществ сообщается энергия, которая может быть достаточной для их выхода из вещества или для освобождения от межатомных связей. Такое действие лучистой энергии называют фотоэффектом.

Приборы, в которых используется фотоэффект, называют фотоэлементами.

Существует три вида фотоэлементов:

1) с внешним фотоэффектом, в которых электроны под действием света выходят из металла;

2) с внутренним фотоэффектом (фотосопротивления), в которых освободившиеся от межатомных связей электроны не уходят за пределы вещества, а повышают его электропроводность (эти фотоэлементы меняют свое сопротивление в зависимости от освещенности);

3) с вентильным фотоэффектом, у которых электроны переходят из слоя освещенного вещества в другой слой, отделенный от первого тонким запирающим слоем, обладающим большим электрическим сопротивлением, и тем самым создают разность потенциалов.

В геофизической аппаратуре находят применение фотоэлементы с внешним фотоэффектом. Такой фотоэлемент (рис. 73а) представляет собой стеклянный эвакуированный или заполненный инертным газом баллон 3, в котором размещены металлический анод 1 и фотокатод 2. Под действием лучистой энергии, падающей на катод, последний эмиттирует электроны.

Фотокатод выполняется из металла, наносимого на подкладку, напыленную на стекло баллона. Поэтому светочувствительная поверхность фотокатода обращена внутрь баллона. Применяются главным образом кислородно‑цезиевые и сурьмяно‑цезиевые катоды. При включении фотоэлемента в цепь внешнего источника напряжения (положительный потенциал подается на анод) в этой цепи проходит ток, величии на которого зависит от частоты и интенсивности излучения, действующего на фотокатод. На сопротивлении (рис. 73б), включенном в цепь фотоэлемента, получается пропорциональное току напряжение, которое обычно усиливается.

Рис. 73. Фотоэлемент с внешним фотоэффектом:

а) схема устройства; б) схема включения

Величина тока эмиссии, определяемого количеством эмиттируемых катодом электронов в единицу времени, прямо пропорциональна лучистому потоку Ф, падающему на катод:

i_Ф = kФ,

где k – коэффициент пропорциональности.

Максимальная энергия электронов, выходящих из фотокатода, возрастает пропорционально частоте ν излучения и не зависит от величины лучистого потока:

где hν – произведение постоянной Планка на частоту излучения, равное энергии кванта света;

eφ₀ – энергия выхода электрона из катода;

– кинетическая энергия, которой обладает электрон в момент выхода из катода.