Виды электронной эмиссии

Различают следующие виды эмиссии:

• Термоэлектронная эмиссия – это эмиссия, при которой электроны получают энергию за счет нагрева металла или полупроводника (электронные лампы, газотроны, тиратроны).

• Автоэлектронная эмиссия возникает за счет действия сильного электрического поля (используется в ртутных колбах).

• Вторичная электронная эмиссия. При этом виде эмиссии электроны получают энергию за счет бомбардировки металла потоком первичных электронов (используется в фотоэлектронных умножителях).

• Фотоэлектронная эмиссия (внешний фотоэффект).

Явление электронной эмиссии при освещении поверхности твердых тел впервые исследовано А. Г. Столетовым 1888 году при этом виде эмиссии электроны получают энергию за счет облучения металла лучистым потоком (фотоэлементы, фоторезисторы, фотодиоды). Выходу электронов из твердого тела препятствуют электрические силы взаимодействия. Наивысшая энергия, которой может обладать электрон в твердом теле, недостаточна для преодоления этих сил.

Если электрон выйдет за пределы твердого тела, то оно зарядится положительно. В результате возникает электрическое поле, которое стремиться вернуть электрон назад. Уровень энергии, которой обладает электрон в вакууме выше уровня его энергии в твердом теле (металле) на величину, которая называется работой выхода электрона.

W_o = W_α − W_β = e_эφ,

где W_α – энергия электрона в вакууме,

W_β – максимальная энергия электрона в металле при низких температурах, e_э –заряд электрона,

φ – разность потенциалов.

Работа выхода может значительно изменяться, если на поверхность металла и полупроводника нанести тонкий слой другого вещества, атомы которого могут отбирать электроны у металла или отдавать их ему.

Устройство и принцип работы электровакуумных приборов

В зависимости от назначения к лампам предъявляются различные требования. Поэтому выпускается большое количество разных типов ламп, значительно отличающихся по своим свойствам и специально рассчитанных для тех или иных целей.

В зависимости от назначения лампы бывают: усилительные, выпрямительные, детекторные, частотопреобразовательные, и др.

По числу электродов различают следующие типы ламп: диоды (лампы без сеток, двухэлектродные); триоды – лампы с одной сеткой; тетроды (четырехэлектродные, лампы с двумя сетками); пентоды (пятиэлектродные); гексоды (шестиэлектродные, лампы с четырьмя сетками); гептоды (семиэлектродные, лампы с пятью сетками); октоды – восьмиэлектродые лампы с шестью сетками.

Выпускаются также комбинированные лампы, у которых в одном баллоне размещается несколько ламп: двойной диод, двойной триод, триод-пентод и т. д.

Устройство ламп

Электронные лампы отличаются не только по своим свойствам, но и по внешнему виду и конструкции. Все электронные лампы имеют оболочку (баллон), внутри которой размещаются соответствующие электроды. В зависимости от материала баллона электронные лампы бывают металлические, стеклянные и керамические. Для подключения к электронной схеме лампы имеют металлические штырьки, соединенные с соответствующими электродами лампы. Металлические и стеклянные лампы снабжены цоколем, на котором укреплены штырьки. Цоколь изготавливается из пластмассы или литого стекла и соединяется с баллоном.

В электронных лампах для создания электронного потока используют активированные катоды, которые выполняют из смеси металлов с высокой эмиссионной способностью.

Металлические лампы в настоящее время не применяются в аппаратуре новых разработок.

Стеклянные лампы выпускаются в баллонах сравнительно большего диаметра (33 мм). В миниатюрных баллонах – «пальчиковые» лампы (диаметр баллонов 19 и 25 мм). Эти лампы получили наибольшее применение. Стеклянные лампы еще меньших размеров (диаметр баллонов 6 – 10 мм), так называемые «сверхминиатюрные» и металлокерамические лампы (нувисторы). Два последних вида ламп используются в электронной аппаратуре специального назначения. Практически все электронные лампы имеют катод.

Катоды электронных ламп бывают прямого накала и подогревные. В катодах прямого накала металлическая нить, по которой проходит нагревательный ток, служит одновременно и катодом (рисунок 1.1).

б

а

Рисунок 1.1 – Устройство катодов электронных ламп

а – прямого накала; б – подогревного

Подогревные катоды нагреваются с помощью специальных подогревателей, которые не являются электродами лампы. Эти катоды имеют полый металлический цилиндр – керн (диаметр 1 – 2 мм), на наружную поверхность которого нанесен слой вещества, эмитирующего электроны. Катоды прямого накала питаются постоянным током для того, чтобы не было пульсаций тока и не изменялись режимы работы лампы.

В качестве материала для керна обычно используется никель, а в качестве вещества, эмитирующего электроны – окислы некоторых металлов (бария, стронция и др.), имеющие свойства полупроводников. Такие катоды называют оксидными. Внутри керна помещается подогреватель, изготавливаемый из вольфрамовой проволоки в виде петли или спирали. Подогреватель изолируется от керна покрытием (окись аммония).

Для каждой лампы указывается предельно допустимое напряжение между катодом и подогревателем. По виду используемого вещества различают три вида катодов:

• из чистых металлов или однородные;

• пленочные катоды – активированные (окись бария, стронция);

• полупроводниковые катоды – толстослойные.