Объемный заряд - электрон
Cтраница 4
Пройдя сеточные отверстия, электроны после достаточного ускорения их положительным полем анода ионизируют атомы газа, создавая ионы и вторичные электроны. Ионы уходят в направлении к сетке. Как более тяжелые частицы они перемещаются медленнее, чем электроны, и поэтому не только компенсируют объемный заряд электронов, но и повышают потенциал в пространстве сетка - анод, деформируя при этом кривую потенциалов из состояния, характеризуемого линейным участком на рис. 3 - 48, б, в состояние, характеризуемое кривой 1 на рис. 3 - 48, в с нулевой напряженностью поля вблизи анода. При этом фронт кривой, на котором электроны получают наибольшее ускорение, приближается к сетке. [46]
Начало развитию разряда кладут электроны, уходящие под действием положительного поля к аноду. После приобретения ими энергии, достигающей потенциала ионизации газа, электроны ионизируют атомы либо молекулы газа. Ионы, возникающие в результате ионизации, появляются вначале в непосредственной близости к аноду, где происходит наиболее интенсивная ионизация газа. Компенсируя вначале объемный заряд электронов вблизи анода, ионы изменяют ход кривой потенциалов. Появление участка малого наклона вблизи анода приводит к смещению в направлении к катоду участка большей крутизны в кривой потенциалов, куда и переходит область более интенсивной ионизации газа. В этой области вскоре также компенсируется объемный заряд электронов положительными ионами. Движение области скомпенсированного объемного заряда продолжается до приближения фронта компенсации к катоду на расстояние, примерно равное среднему ионизационному пробегу электронов Kel. На этом участке формируется катодная часть разряда. До приближения фронта компенсации к катодной части разряда отрицательное поле в облаке задерживает значительную часть электронного потока, выходящего из катода, в связи с чем анодный ток нарастает достаточно медленно. [47]
Пусть в некоторой области примесного полупроводника, например га-типа, генерируются носители заряда. Допустим, что происходит независимая диффузия неравновесных носителей заряда в соответствии с коэффициентами диффузии Dn и Dp. Если DnDp, то диффузионный поток электронов превышает диффузионный поток дырок, в результате чего происходит образование объемного заряда электронов. В той части образца, откуда происходит диффузия, накапливается положительный объемный заряд дырок. В возникшем вследствие образования объемных зарядов электрическом поле потечет ток, обусловленный как основными, так и неосновными носителями заряда, который нейтрализует объемные заряды. Поскольку ток основных носителей заряда во много раз превышает ток неосновных носителей заряда, электронейтральность восстанавливается за счет перераспределения в пространстве основных носителей заряда. [48]
Если местом сужения являются отверстия в сетке, то в зависимости от степени удаления сетки от анода переходные процессы могут привести к дополнительному изменению величины и даже знака анодного падения напряжения. Здесь представлены два варианта расположения анода по отношению к сетке. В варианте /, когда анод достаточно близок к сетке, падение напряжения остается отрицательным. Это объясняется тем, что электроны по выходе из отверстия сохраняют еще достаточную скорость ( энергию) для ионизации ими молекул пара. Ионизация необходима для создания ионов, компенсирующих объемный заряд электронов у анода. При большом удалении анода ( вариант 2) электроны успевают израсходовать значительную часть энергии на упругие столкновения. [49]
 |
Действие управляющей сетки тиратрона. [50] |
Рассмотренные свойства сетки в тиратроне объясняются тем, что при отсутствии дугового разряда изменение отрицательного потенциала сетки изменяет, как и в электронном приборе, величину электронного потока, проникающего через ее отверстия к аноду. Однако в тиратроне, даже до возникновения дуги, начинает сказываться действие положительных ионов. Они образуются в пространстве сетка-анод, проникают через отверстия сетки и компенсируют отрицательный объемный заряд электронов в области катода. Поэтому уменьшение абсолютной величины отрицательного сеточного потенциала сказывается в тиратроне на росте анодного тека сильнее, чем в вакуумном триоде. В тиратроне на этот рост влияют не только ослабление тормозящего поля сетки, но и нейтрализация ионами объемного заряда электронов на участке сетка - катод. Однако до точки В ток настолько мал, что тиратрон можно считать запертым. [51]
Между катодной областью и однородным столбом разряда обычно имеется переходный участок. Здесь напряженность поля может быть равна нулю или становиться даже отрицательной. В последнем случае потенциал уменьшается от точки к точке, по направлению к аноду. Ионизация на этом участке осуществляется за счет энергии части электронов, накопивших ее в катодной части разряда и не израсходовавших на возбуждение и ионизацию атомов газа. Отрицательная напряженность поля может быть объяснена уменьшающейся концентрацией положительных ионов на пути в направлении анода и некоторым местным преобладанием объемного заряда электронов. Длина переходного участка, составляющая величину двух-трех свободных пробегов электрона, возрастает с уменьшением давления газа. [52]
Начало развитию разряда кладут электроны, уходящие под действием положительного поля к аноду. После приобретения ими энергии, достигающей потенциала ионизации газа, электроны ионизируют атомы либо молекулы газа. Ионы, возникающие в результате ионизации, появляются вначале в непосредственной близости к аноду, где происходит наиболее интенсивная ионизация газа. Компенсируя вначале объемный заряд электронов вблизи анода, ионы изменяют ход кривой потенциалов. Появление участка малого наклона вблизи анода приводит к смещению в направлении к катоду участка большей крутизны в кривой потенциалов, куда и переходит область более интенсивной ионизации газа. В этой области вскоре также компенсируется объемный заряд электронов положительными ионами. Движение области скомпенсированного объемного заряда продолжается до приближения фронта компенсации к катоду на расстояние, примерно равное среднему ионизационному пробегу электронов Kel. На этом участке формируется катодная часть разряда. До приближения фронта компенсации к катодной части разряда отрицательное поле в облаке задерживает значительную часть электронного потока, выходящего из катода, в связи с чем анодный ток нарастает достаточно медленно. [53]
Падение напряжения на приборе обычно составляет при тлеющем разряде несколько десятков вольт. Оно значительно ниже потенциала зажигания ( точка d), при котором происходит переход к самостоятельному разряду в приборе. Объясняется это тем, что при тлеющем разряде основная часть пространства между электродами заполнена сильно ионизированным газом, в котором концентрации положительных ионов и электронов примерно одинаковы. Такое состояние называется газоразрядной плазмой. Падение напряжения на электрически нейтральной ( точнее на квазинейтральной) плазме оказывается незначительным. Существенное падение напряжения возникает только вблизи катода, где объемный заряд положительно заряженных ионов преобладает над объемным зарядом электронов. В этой области сильно увеличивается напряженность электрического поля. Интенсивность ионизации газа зависит не только от напряжения, приложенного к разрядному промежутку, но и от напряженности электрического поля. В сильных электрических полях увеличивается вероятность того, что электрон до соударения с атомом газа ( на длине свободного пробега) приобретает нужную для ионизации энергию, и необходимая для поддержания самостоятельного разряда ионизация газа становится возможной при напряжениях, приложенных к трубке, меньших потенциала зажигания. [54]
При повышении давления газа до 10 1 - 10 - 2 мм рт. ст. число образующихся ежесекундно положительных ионов еще возрастает и большое количество положительных ионов, направляющихся к катоду, создает около него положительный объемный заряд. Этот заряд действует, как положительно заряженная сетка в высоковакуумной трехэлектродной лампе. Электронный ток в высоковакуумной лампе ( при данном анодном напряжении и неограниченной эмиссии) ограничивается отрицательным объемным зарядом электронов, сосредоточенных в основном вблизи от катода. Для компенсации этого отрицательного объемного заряда необходимо большое положительное анодное напряжение. В газонаполненной лампе компенсация осуществляется положительным объемным зарядом ионов. Так как ионы двигаются с значительно меньшей скоростью, чем электроны, для компенсации объемного заряда электронов необходимо относительно небольшое количество ионов. [55]
При повышении давления газа до 10 1 - 10 - - мм рт. ст. число образующихся ежесекундно положительных ионов еще возрастает и большое количество положительных ионов, направляющихся к катоду, создает около него положительный объемный заряд. Этот заряд действует, как положительно заряженная сетка в высоковакуумной трехэлектродной лампе. Электронный ток в высоковакуумной лампе ( при данном анодном напряжении и неограниченной эмиссии) ограничивается отрицательным объемным зарядом электронов, сосредоточенных в основном вблизи от катода. Для компенсации этого отрицательного объемного заряда необходимо большое положительное анодное напряжение. В газонаполненной лампе компенсация осуществляется положительным объемным зарядом ионов. Так как ионы двигаются с значительно меньшей скоростью, чем электроны, для компенсации объемного заряда электронов необходимо относительно небольшое количество ионов. [56]
Основные достижения в изучении физики мощных электронных потоков и их практическом использовании связаны с технической реализацией в последнем десятилетии импульсных наносекундных ускорителей электронов. Рассмотрим основу взрывной эмиссии. Пусть у поверхности металлического острия имеется достаточно сильное электрическое поле. Автоэмиссионный ток вызывает сильный разогрев и взрыв кончика эмиттера. В результате взрыва происходит фазовый переход металла в плазменное состояние и у поверхности эмиттера образуется плазменное облако с высокой концентрацией частиц ( N - 1020 см-3) - так называемый катодный факел. Образование катодного факела приводит к интенсивному испусканию потока электронов. Переход автоэмиссии во взрывную практически безынерционен. Максимальный ток при взрывной эмиссии ограничивается объемным зарядом электронов, эмиттируемых факелом. [57]
Страницы: 1 2 3 4