Вакуумная и плазменная электроника

Конспект лекций

Содержание

Стр.

Введение………………………………………………………………...2

1. ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ………………………....3

1.1. Электроны в твердом теле ……………………………………...3

1.2. Термоэлектронная эмиссия……………………………………..5

1.3. Термоэлектронные катоды……………………………………..6

1.3.1. Параметры катодов ………………………………………………7

1.3.2. Типы катодов……………………………………………………..9

1.3.3. Катоды из чистых металлов……………………………………..9

1.3.4. Пленочные катоды……………………………………………….9

1.3.5. Полупроводниковые катоды……………………………………10

1.3.6. Конструкции катодов и особенности их эксплуатации……….11

1.4. Прохождение тока в вакууме……………………………………12

1.4.1. Пространственный заряд в диоде……………………………….13

1.5. Двухэлектродные лампы (диоды)………………………………16

1.6. Трехэлектродные электронные лампы (триоды)…………….20

1.7. Тетрод………………………………………………………………23

1.8. Классификация и система обозначения электронных ламп..25

1.9. Электровакуумные приборы сверхвысоких частот………….27

1.10. Электронно-лучевые трубки……………………………………30

2 ИОННЫЕ ПРИБОРЫ………………………………………………34

2.1. Основы физики процессов в ионных приборах……………….34

2.2. Несамостоятельный разряд в газе………………………………36

2.3. Самостоятельный разряд в газе…………………………………38

2.4. Виды ионных приборов…………………………………………..41

2.5. Трубчатые люминесцентные лампы……………………………42

2.6. Газоразрядные лампы высокого давления……………………46

2.7. Индикаторные газоразрядные приборы……………………….48

3 ЭЛЕКТРОННО-ИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ……………………..50

3.1. Взаимодействие ускоренных электронов с веществом……….50

3.2. Тепловые эффекты при электронно-лучевом нагреве……….51

3.3. Технологические процессы с электронным нагревом ……….53

3.4. Установки для термических процессов электронной технологии……………………………………………………………….56

3.5. Технология и оборудование нетермической электронно-лучевой обработки………………………………………………………58

3.6. Электронно-зондовые методы анализа веществ……………….60

3.7. Ионная обработка материалов……………………………………61

Литература……………………………………………………………….63

Контрольные вопросы………………………………………………….63

Введение

Цель преподавания дисциплины «Вакуумная и плазменная электроника» заключается в том, чтобы дать будущему специалисту в области промышленной электроники знания в области устройства, принципов действия и основ эксплуатации технических средств вакуумной и плазменной электроники, а также сформировать представление о месте электровакуумных и ионных процессов в современном промышленном производстве.

Основные задачи изучения дисциплины: изучение основных закономерностей прохождения электрического тока в вакууме и в ионизированном газе, способов получения потока электронов и управления им; изучение устройства, принципа действия, основных параметров и характеристик электровакуумных и газоразрядных (ионных) приборов и установок, а также их применений в электротехнологии и других областях техники.

Впервые прохождение тока в вакууме между двумя электродами обнаружил Т.А.Эдисон в 1883 г. Первая двухэлектродная электронная лампа (диод) была изготовлена в Англии в 1904 г., основное свойство диода – односторонняя проводимость. В 1907 г. в США сконструированы первые электровакуумные триоды, в них появилась возможность управлять током с помощью третьего, управляющего электрода (сетки). Затем появились многосеточные лампы, электровакуумные приборы больших мощностей, высоких и сверхвысоких частот, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) для визуализации сигналов и изображений, передающие ЭЛТ и другие приборы. Первые компъютеры в 40-х гг. ХХ века также строились на электровакуумных приборах. Параллельно проходило развитие газоразрядных приборов. Они нашли применение для выпрямления тока и управления током в низкочастотных цепях, но, главным образом, в качестве источников света.

Со второй половины ХХ века начинается развитие электронно-лучевой и ионно-лучевой технологии. Управляемые потоки электронов в вакууме и ионов в разреженном газе используют как для получения информации о составе и свойствах веществ (просвечивание лучами Рентгена, электронная микроскопия), так и для обработки материалов и деталей (сварка, переплав, напыление, модификация, размерная обработка и др.). К настоящему моменту эта область вакуумной и плазменной электроники становится преобладающей. Причина в том, что для управления электрическим током применяются почти исключительно полупроводниковые приборы, место передающих, осциллографических ЭЛТ и кинескопов занимают полупроводниковые матрицы и жидкокристаллические плоские экраны, даже газоразрядные источники света в перспективе ожидает замена на полупроводниковые. Электровакуумные приборы сохраняют свое значение в составе радиопередающих устройств и высокочастотных генераторов большой мощности, газоразрядными приборами являются эффективные источники света, а также плазменные экраны.