J = S A.T 2. exp(-eφ / kt)

Transkript

1 Vakuové součástky typy a využití Obrazovky: - osciloskopické - televizní + monitory Elektronky: - vysokofrekvenční (do 1 GHz, 1MW) - mikrovlnné elektronky ( až do 20 GHz, 10 MW) - akustické zesilovače (výhodná přenosová charakteristika) Speciální: - násobiče sekundárních elektronů - fotonky - fotonásobiče - převaděče obrazu - výbojky + technologická zařízení FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 1 Vakuové součástky - emise elektronů Tepelná emise: - elektronky a vakuové obrazovky - fyzikální (technologické) přístroje a zařízení Sekundární emise (po dopadů elektronů nebo iontů): - násobiče sekundárních elektronů - elektronky (nežádoucí) - výbojky, technologická zařízení Fotoemise: - fotonky, fotonásobiče - výbojky, technologická zařízení Emise elektrickým polem tunelová emise: - na ostrých hrotech a hranách (nežádoucí) - autoemisní mikroskopy elektronky FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 2 Tepelná emise elektronů J = S A.T 2. exp(-eφ / kt) S - emitující plocha, A emisní konstanta (vliv materiálu) T - teplota, e - náboj elektronu, Φ - výstupní potenciál, k - Boltzmanova konstanta Tepelná emise elektronů - katody Malá výstupní práce velká účinnost: - alkalické kovy (technologicky nevhodné, pouze fotokatody) Vysoká teplota tání velká odolnost: - Wolfram; přímo žhavená katoda; až 2000 O C; nad 10kV/10kW - W-Th; přímo žhavená ( 1700 O C), do 10kV/10kW Oxidy typu BaO, SrO: - na keramickém tělísku - do 1000 O C - do 1kV/1kW + obrazovky FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 4 Tunelová emise elektronů Emise elektrickým polem: - na ostrých hrotech a hranách - velký gradient elektrického pole v blízkosti katody - usměrnění pohybu elektronů - vliv teploty Žádoucí: - autoemisní katody (T 300 K) - elektronové mikroskopy - speciální elektronky Nežádoucí: - sršení z ostrých hrotů a hran - zmenšení elektrické pevnosti ( v plynech i ve vakuu) FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 5 Sekundární emise Emise elektronů po dopadu částic: - materiálová a úhlová závislost - popisuje koeficient sekundární emise (0,5 3) Po dopadu elektronů: - sekundární elektrony - energie je menší než 20 ev - pružně odražené elektrony - stejná energie jako dopadajících - ostatní elektrony - energie je rovnoměrně rozdělena Nárazem kladných iontů a excitovaných atomů ( u výbojek ): - předává se pohybová energie + energie ionizační a excitační - emise elektronů z katody (studená) pro udržení výboje Nežádoucí: - při měření proudu částic (potlačení - Faradayova sonda) - ovlivňování (zmenšení) anodového proudu tetrody Využití: Násobiče sekundárních elektronů, fotonásobič, výbojky. FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 6 1

2 Sekundární emise Fotoemise Sekundární elektrony; do 20 ev Odražené elektrony maximum 100 ev Pružně odražené elektrony Einsteinův zákon existuje energetický práh (vlnová délka) Stoletovův zákon fotoemise je úměrná intenzitě osvětlení Výstupní práce elektronu je u většiny materiálů větší než 4 ev Fotony se šíří velmi rychle významné při zapalování výboje Spektrální charakteristika je určena složením katody maximum 60 O FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 7 1 ev FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 8 Infračervená oblast Převaděče obrazu Viditelná oblast Fotonásobič maximální účinnost při 100 ev!! využití úhlové závislosti Zesílení: !!!! ; minimální vlastní šum!!!! Využití: Citlivé detektory, elektronové mikroskopy. FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 9 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 10 Elektronky vakuová dioda V současnosti jen omezené použití. Výhoda: závěrné napětí až 10 4 V. I A = K.(U AK ) 3/2!!! Elektronky Trioda Využití: a)vysílače a generátory Vf. b) Nízkofrekvenční zesilovače (!!) omezeno emisí Kolem katody je shluk elektronů = oblast prostorového náboje: - elektrony jsou emitovány s nenulovou energií - oblast prostorového náboje má záporný potenciál - elektrony jsou emitovány z oblasti prostorového náboje - oblast prostorového náboje vymizí až v režimu nasycení FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 11 Emise z oblasti prostorového náboje Trioda má velmi malou strmost. FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 12 2

3 Elektronky tetroda a pentoda Využití: a)vysílače a generátory Vf. b) Nízkofrekvenční zesilovače (!!) Tyratron Výbojka - velmi rychlý spínač ( µs), 10 4 V, 10 3 A Výboj se zapálí impulsem napětí U GK Mnohem větší strmost než trioda!! Při velkém rozkmitu napětí U AK : U AK < U G2!!!! U tetrody při U AK < U G2 vliv sekundární emise (SE) z anody: I A se zmenší!!! U pentody vliv SE potlačen elektrickým polem mezi anodou a uzemněnou mřížkou G3!!! FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 13 Plynová náplň: - rtuť - vodík FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 14 Planární elektronka (majáková) Mikrovlnné elektronky Keramika (sklo) Velmi malé vzdálenosti: - malá průletová doba - stejné dráhy elektronů Mezní kmitočet elektronek je omezen: - dobou průletu - nestejnou dráhou elektronů (!!) - průchozí kapacitou A-K - klasický systém - cca 30 MHz - planární - cca 1000 MHz /10 4 W Nad 1000 MHz: Průletové doby lze využít pro funkci elektronky!!! FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 15 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 16 Mikrovlnné elektronky dutinový magnetron Dutinový magnetron pohyb elektronů Dráha elektronu je závislá na magnetickém poli Pohybem elektronu se indukuje elektrické pole Elektrické pole působí na formování elektronových svazků Výsledná dráha elektronů ( ) FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 17 ( ) FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 18 3

4 Dutinový magnetron princip vzniku oscilací Dutinový magnetron mikrovlnný ohřev ( ) FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 19 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 20 Dutinový klystron Elektronka s postupnou vlnou Permaktron U 10 4 V Modulace rychlosti elektronů ve svazku Detekce modulace svazku rezonátorem Zpomalené elektrony jsou doháněné urychlenými proudové pulsy FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 21 Rychlost elektronů je modulována elektrickým polem na šroubovici: Vznikají shluky elektronů, které způsobí kmity na výstupu. Energie elektronů ve svazku se přenáší do energie vf pole. FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 22 Permaktron - princip vzniku oscilací Vakuové obrazovky Elektrostatické vychylování: - malá citlivost vychylování, f MAX 1000 MHz - osciloskopické obrazovky - TV obrazovky v 50 letech (malá plocha velké délka) Elektromagnetické vychylování: - velká citlivost vychylování, f MAX 100 khz - obrazovky pro TV, BTV a počítačové monitory Dosvit luminoforů: Krátký - osciloskopické obrazovky Střední ( 10 ms) - TV obrazovky Dlouhý - měřící a diagnostická zařízení, paměťové osciloskopy FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 23 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 24 4

5 Osciloskopická obrazovka Obrazovky pro BTV a monitory Barevný vjem skládáním barev: - tři elektronové svazky (Red, Green, Blue ; RGB) - trojice luminoforů (RGB) po celé ploše stínítka Musí být zajištěn dopad svazku na příslušný luminofor: - nad luminofory je maska - každé trojici luminoforů odpovídá jeden otvor v masce Vznik RTG záření: - urychlovací napětí je kv - většina elektronů je zachycena maskou Ochrana proti RTG záření: - stínítko je z olovnatého skla - musí být chráněno i ze zadní strany!!! - co nejmenší proud I A FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 25 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 26 Barevná obrazovka funkce masky Barevná obrazovka luminofory a maska DELTA IN LINE TRINITRON FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 27 FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 28 Barevná obrazovka pohyb elektronových svazků Barevná obrazovka typu TRINITRON Luminofory : V proužcích. Maska: Tenké plíšky napnuté na masivním držáku. Proti vibracím vyztuženo 2 až 3 drátky vodorovně ( jsou patrné v obraze). FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 29 Typický tvar válcová plocha!!! Velmi snadné nastavení konvergence. FEKT VUT v Brně ESO / P12 / J.Boušek 30 5