kt)

UMEL FEKT VUT V BRNĚ

J.Boušek / Elektronické součástky / P11

Vakuové součástky – typy a využití

Vakuové součástky - emise elektronů Tepelná emise: - elektronky a vakuové obrazovky - fyzikální (technologické) přístroje a zařízení

Obrazovky: - osciloskopické - televizní + monitory

Sekundární emise (po dopadů elektronů nebo iontů): - násobiče sekundárních elektronů - elektronky (nežádoucí) - výbojky, technologická zařízení

Elektronky: - vysokofrekvenční (do 1 GHz, 1MW) - mikrovlnné elektronky ( až do 20 GHz, 10 MW) - akustické zesilovače (výhodná přenosová charakteristika)

Fotoemise: - fotonky, fotonásobiče - výbojky, technologická zařízení

Speciální: - násobiče sekundárních elektronů - fotonky - fotonásobiče - převaděče obrazu - výbojky + technologická zařízení FEKT VUT v Brně

ESO / P12 / J.Boušek

Emise elektrickým polem – tunelová emise: - na ostrých hrotech a hranách (nežádoucí) - autoemisní mikroskopy elektronky 1

FEKT VUT v Brně

Tepelná emise elektronů


2

Tepelná emise elektronů - katody

J = S A.T2. exp(-eΦ / kT)

Malá výstupní práce – velká účinnost:

S - emitující plocha, A – emisní konstanta (vliv materiálu) T - teplota, e - náboj elektronu, Φ - výstupní potenciál, k - Boltzmanova konstanta

- alkalické kovy (technologicky nevhodné, pouze fotokatody) Vysoká teplota tání – velká odolnost: - Wolfram; přímo žhavená katoda; až 2000OC; nad 10kV/10kW - W-Th; přímo žhavená (≈1700OC), do 10kV/10kW Oxidy typu BaO, SrO: - na keramickém tělísku - do 1000OC - do 1kV/1kW + obrazovky

FEKT VUT v Brně


3

FEKT VUT v Brně


4

Sekundární emise Tunelová emise elektronů

Emise elektronů po dopadu částic: - materiálová a úhlová závislost - popisuje koeficient sekundární emise (0,5 ÷ 3)

Emise elektrickým polem: - na ostrých hrotech a hranách - velký gradient elektrického pole v blízkosti katody - usměrnění pohybu elektronů - vliv teploty

Po dopadu elektronů: - sekundární elektrony - energie je menší než 20 eV - pružně odražené elektrony - stejná energie jako dopadajících - ostatní elektrony - energie je rovnoměrně rozdělena

Žádoucí: - autoemisní katody (T ≈ 300 K) - elektronové mikroskopy - speciální elektronky

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

Nežádoucí: - sršení z ostrých hrotů a hran - zmenšení elektrické pevnosti ( v plynech i ve vakuu)

Využití: Násobiče sekundárních elektronů, fotonásobič, výbojky. FEKT VUT v Brně


5

FEKT VUT v Brně

1


6


J.Boušek / Elektronické součástky / P11 Fotoemise

Sekundární emise

Einsteinův zákon – existuje energetický práh (vlnová délka) Stoletovův zákon – fotoemise je úměrná intenzitě osvětlení

Odražené elektrony Sekundární elektrony; do 20 eV

Výstupní práce elektronu je u většiny materiálů větší než 4 eV Fotony se šíří velmi rychle – významné při zapalování výboje

Pružně odražené elektrony

Spektrální charakteristika je určena složením katody

maximum ≈ 100 eV maximum ≈ 60O

≈ 1 eV FEKT VUT v Brně


7

FEKT VUT v Brně


8

Fotonásobič Převaděče obrazu maximální účinnost při 100 eV !! Infračervená oblast

využití úhlové závislosti

Viditelná oblast

Zesílení: 106 ÷ 107 !!!! ; minimální vlastní šum !!!! Využití: Citlivé detektory, elektronové mikroskopy. FEKT VUT v Brně


9

FEKT VUT v Brně

Elektronky – vakuová dioda


10

Elektronky – Trioda

V současnosti jen omezené použití. Výhoda: závěrné napětí až 104 V.

Využití: a)Vysílače a generátory Vf. b) Nízkofrekvenční zesilovače (!!)

IA= K.(UAK)3/2 !!!

omezeno emisí Kolem katody je shluk elektronů = oblast prostorového náboje: - elektrony jsou emitovány s nenulovou energií

Emise z oblasti prostorového náboje

- oblast prostorového náboje má záporný potenciál - elektrony jsou emitovány z oblasti prostorového náboje

Trioda má velmi malou strmost.

- oblast prostorového náboje vymizí až v “režimu nasycení“ FEKT VUT v Brně


11

FEKT VUT v Brně

2


12



Elektronky – tetroda a pentoda

Tyratron Výbojka - velmi rychlý spínač (≈ µs), 104 V, 103 A

Využití: a)Vysílače a generátory Vf. b) Nízkofrekvenční zesilovače (!!)

Výboj se zapálí impulsem napětí UGK

Mnohem větší strmost než trioda !!

Při velkém rozkmitu napětí UAK:

UAK< UG2 !!!!

U tetrody při UAK< UG2 vliv sekundární emise (SE) z anody: IA se zmenší !!!

Plynová náplň: - rtuť

U pentody vliv SE potlačen elektrickým polem mezi anodou a uzemněnou mřížkou G3 !!! FEKT VUT v Brně


- vodík

13

FEKT VUT v Brně

Planární elektronka (majáková) Keramika (sklo)


14

Mikrovlnné elektronky Nad 1000 MHz:

Velmi malé vzdálenosti:

Průletové doby

- malá průletová doba

lze využít pro

- stejné dráhy elektronů

funkci Mezní kmitočet elektronek je omezen:

elektronky !!!

- dobou průletu - nestejnou dráhou elektronů (!!)

- průchozí kapacitou A-K -„klasický systém“ - cca 30 MHz - planární - cca 1000 MHz /104 W FEKT VUT v Brně


15

FEKT VUT v Brně

Mikrovlnné elektronky – dutinový magnetron


16

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 ( http://www.itnu.de/radargrundlagen/roehren/tu05-en.html ) FEKT VUT v Brně


17

FEKT VUT v Brně

( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/magnetron.html )

3


18



Dutinový magnetron – princip vzniku oscilací

Dutinový magnetron – mikrovlnný ohřev

( http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/magnetron.html ) FEKT VUT v Brně


19

FEKT VUT v Brně

Dutinový klystron


20

Elektronka s postupnou vlnou – Permaktron

U ≈ 104 V

Detekce modulace svazku rezonátorem

Modulace rychlosti elektronů ve svazku

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.

Zpomalené elektrony jsou doháněné urychlenými – proudové pulsy FEKT VUT v Brně


21

FEKT VUT v Brně

Permaktron - princip vzniku oscilací


22

Vakuové obrazovky Elektrostatické vychylování: - malá citlivost vychylování, fMAX ≈ 1000 MHz - osciloskopické obrazovky - TV obrazovky v 50 letech (malá plocha velké délka) Elektromagnetické vychylování: - velká citlivost vychylování, fMAX ≈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


23

FEKT VUT v Brně

4


24


J.Boušek / Elektronické součástky / P11 Obrazovky pro BTV a monitory

Osciloskopická obrazovka

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 20-25 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 IA FEKT VUT v Brně


25

FEKT VUT v Brně

Barevná obrazovka – funkce masky


Barevná obrazovka – luminofory a maska DELTA

FEKT VUT v Brně


26

27

FEKT VUT v Brně

Barevná obrazovka – pohyb elektronových svazků

IN LINE

TRINITRON


28

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).

Velmi snadné nastavení konvergence. Typický tvar – válcová plocha !!! FEKT VUT v Brně


29

FEKT VUT v Brně

5


30

kt)

Recommend Documents