1. Морозова Физика Электронных Приборов Скачать
2. Морозова Физика Электронных Приборов
3. Морозова И.г. Физика Электронных Приборов

Это было экспериментально доказано Пашеном в 1889 г. Напряжение пробоя V s в газе зависит только от про­изведения давления на расстояние между электродами, т. V s = f(pd).Это уравнение называют законом Пашена. Условие пробоя в газе и потенциал зажигания разряда Дайте определение коэффициентов первичной (α) и вторичной (γ) ионизации Таунсенда для разряда в газе и покажите, что если пренебречь рекомбинацией между электронами и ионами, то условие пробоя в газе опре­деляется выражением γ(exp αd –1)≥1. С помощью этого выражения или другим способом покажите, что для данного газа выполняется закон Пашена, т.

По­тенциал зажигания пропорционален произведению pd, где р — давление газа, a d—расстояние между элек­тродами. Отметьте и объясните все основные отклоне­ния от этого закона. Для камеры, наполненной аргоном при низком дав­лении и предназначенной для катодного распыления, оп­ределите максимальное расстояние между электродами, при котором можно избежать электрического пробоя. Известно, что для аргона в рассматриваемых усло­виях коэффициенты Таунсенда равны α=150 и γ=2. Решение Коэффициент первичной ионизации Таунсенда α можно определить как число новых электронов, возни­кающих на единице длины вследствие столкновений, т.

• Тип: Научная работа; Размер: 0.53 Mb.; Министерства атомной промышленности.
• Физика электронных приборов. И., «Атомиздат», 1990 г. Полупроводниковые диоды.

Морозова Физика Электронных Приборов Скачать

Приборов Велиж. Могилевский скачать морозова и физика электронных приборов требуется.

Каждый первичный электрон на единице длины своей траектории создает в газе α новых электронов. Коэффи­циент вторичной ионизации Таунсенда γ можно опреде­лить как число электронов, выбиваемых из катода каж­дым положительным ионом, попадающим на катод. Журнал производства работ купить.

(Заметим, что αимеет размерность м -1, тогда как γ— безразмерная величина.) Условие пробоя в газе, рассмотренное в решении за­дачи 4, имеет вид: Закон Пашена, доказанный в решении задачи 6, гласит, что потенциал зажигания разряда в газе яв­ляется функцией произведения расстояния между элек­тродами и давления газа. Существенное отклонение от этого закона наблю­дается для значений pd. Газовая плита гефест 3100-03 инструкция.

Механизмы ионизации и кривая Пашена Перечислите процессы, вызывающие ионизацию в га­зах, и укажите, какое воздействие оказывает каждый из этих процессов на величину потенциала зажигания в разрядной трубке с двумя большими плоскими электро­дами, содержащей газ при низком давлении. Рассмотрите роль электродов, а также укажите ка­кими свойствами должен обладать материал электро­дов, для того чтобы потенциал зажигания был макси­мальным или, наоборот, минимальным. Начертите типичную кривую Пашена для рассматри­ваемого газа и объясните ее поведение. Решение Ионизация — это процесс, при котором один или не­сколько электронов либо высвобождаются из атомов или молекул нейтрального газа, либо присоединяются к ним. Когда частица (атом или молекула) нейтрального газа приобретает один или несколько электронов, она становится отрицательным ионом.

При этом число сво­бодных электронов в газе уменьшается, и поскольку по­движность образовавшихся отрицательных ионов много меньше подвижности свободных электронов, электро­проводность газа понижается. Отрицательные ионы мо­гут образоваться таким способом не во всех газах. В во­дороде, азоте и инертных газах отрицательные ионы та­ким путем не образуются. С другой стороны, кислород, хлор и пары воды имеют высокое электронное сродство, и в них легко образуются отрицательные ионы.

Незна­чительные следы этих последних трех газов сильно влияют на электропроводность. При низких давлениях вероятность образования отрицательных ионов очень мала.

Молекула или атом газа может потерять электрон и стать, таким образом, положительным ионом с по­мощью одного из следующих трех процессов: 1) при не­упругом соударении с электроном, ионом или атомом нейтрального газа, 2) при соударении с передачей энер­гии от одного атома к другому, 3) под действием элек­тромагнитного излучения (этот процесс называют фото­ионизацией). Неупругие соударения. Вероятность ионизации, про­исходящей в результате неупругих соударений с дру­гим атомом чрезвычайно мала; ее можно не учитывать, за исключением области очень высоких температур (в электродуговом разряде). Неупругое соударение между электроном и атомом газа или молекулой приве­дет к образованию иона только в том случае, если кине­тическая энергия электрона больше потенциала иониза­ции (т.

Согласно международным правилам, простая фишка становится дамкой при окончании хода на поле самой дальней по отношению к игроку горизонтали. Для русских шашек используют квадратную доску из 64 полей, по международным правилам – стоклеточное поле. Стрип-шашки без регистрации. В первом случае в начальной позиции у игроков по 12 простых фишек, во втором – по 20. Правила международных и русских шашек отличаются: размером игрового поля, начальным количеством фигур, правилами превращения в дамку.

Энергии, необходимой для ионизации газа) атома или молекулы. Если суммарная энергия сталкивающихся частиц меньше потенциала ионизации одного из сталкиваю­щихся атомов, то произойдет возбуждение этого атома. В задаче 2 показано, что средняя длина свободного про­бега электрона обратно пропорциональна давлению газа. Поэтому при низком давлении газа средняя длина свободного пробега велика, т. Очень мала вероятность столкновений, приводящих к ионизации. Однако вероят­ность таких столкновений, приводящих к ионизации, сильно зависит от скорости электрона (или потенциала анода) и для определенной области скоростей она имеет максимум.

Морозова Физика Электронных Приборов

Передача энергии. Этот процесс обычно наблюдается в смешанных газах, например в аргоне и неоне. Атом аргона имеет потенциал ионизации 15,7 эВ; первый по­тенциал возбуждения у атома неона равен 16,5 эВ (энергии образования первого метастабильного состоя­ния). Таким образом, атом неона может передавать энергию атому аргона; в результате ионизации послед­него образуется ион и свободный электрон и выделится Небольшое количество энергии. Этот процесс играет весьма суще­ственную роль в газовых разрядах, особенно в газах низкого давления.

Морозова И.г. Физика Электронных Приборов

Под действием сильного электромагнитного излучения с энергией кванта больше потенциала ионизации газа (hf V i) образуется большое число свободных электронов и положительных ионов. Это в свою очередь приводит к уменьшению потенциала пробоя газа между электродами. На рис.8.1 показана характерная зависимость сте­пени ионизации α/p от давления и расстояния между электродами. По оси ординат отложено число ионов α, возникающих на длине 1 м при давлении р = 1 мм рт. Ст., по оси абсцисс — величина напряжен­ности электрического поля на единицу давления (1 мм рт.

Как было показано в решении задачи 6, степень ионизации определяется формулой: а для потенциала пробоя (зажигания) справедлив закон Пашена: Поэтому потенциал зажигания разряда в газе между электродами непосредственно зависит от давления газа. Ниже потенциала зажигания V s более важную роль процессах ионизации играют свойства катода. Если катод имеет высокую фотоэмиссионную способность, то значение V s понизится; если же катод не обладает фотоэмиссионными свойствами, потенциал V s будет выше. С другой стороны, электроды с высокой фотоэмиссионной способностью, например изготовленные из щелоч­ных металлов, имеют низкие коэффициенты вторичной эмиссии, необходимые для поддержания разряда. Электроды должны обладать способностью рассеи­вать большое количество тепла, которое выделяется вследствие протекания больших токов после зажигания разряда.

Типичная кривая Пашена для воздуха показана на рис. Объяснение этой зависимости дано в решении задачи 6.

Вычисление потенциала зажигания для двух различных газов Рассчитайте потенциал зажигания в разрядной труб­ке, два плоскопараллельных электрода которой разде­лены промежутком длиной 4 мм, если трубка наполнена а) аргоном и б) азотом. Отношение степени ионизации к давлению составляет для аргона 100 пар ионов/мм рт. Ст.· м, для азота—60 пар ионов/мм рт. Отношение напряженности электрического поля к давлению в одном случае 4000 В/м· мм рт, ст., а в другом — 10 000 B/м · мм pт. Коэффициент вторичной эмиссии γ можно принять равным 0,07.

Из условия задачи для аргона мы имеем: =100 пар ионов/мм рт. · м = 4000 В/м · мм рт. В решении задачи 6 было показано, что: Потенциал зажигания в аргоне вычисляется следующим образом: б.

В случае азота Задача 10. Ртутная плазма и ее электропроводность Опишите устройство для создания ртутной плазмы в стеклянной трубке (ртутной лампы).Кратко опишите физические механизмы, определяющие электропровод­ность плазмы. Опишите основной механизм, благодаря которому поддерживается плазма а) в условиях низкого давления и б) в условиях высокого давления.

Почему при горении разряда в трубке малого диа­метра возрастает напряжение на дуге? Решение На рис.10.1 показана эквивалентная схема устрой­ства для создания ртутной плазмы в стеклянной трубке (R— сопротивление, ограничивающее ток). При увели­чении напряжения V от нуля ток I растет, поскольку он ограничен пространственным зарядом электронов (как и в случае высокого вакуума). Вольтамперная характеристика такого устройства приведена на рис.10.2.

При значениях напряжения выше V i образуются положительные ионы, которые изменяют распределение заряда в лампе. При напряжении V s в газе наступает пробой и напряжение падает до вели­чины V m (напряжение поддержания разряда), причем V m немного больше V i. Теперь ток может увеличиваться почти независимо от напряжения, и в газе образуется плазма.

На рис.88 показано падение напряжения вдоль трубки: кривая 1 соответствует напряжению V m e,то имеем u e u i. Следовательно, Таким образом, электропроводность плазмы зависит не от подвижности ионов, а от подвижности электронов. Число n определяется количеством электронов, поступающих из катода. Вследствие столкновений внутри плазмы электроны покидают ее и образуют слой отрицательных зарядов на стенках трубки. Поэтому последующие электроны отталкиваются таким слоем обратно в плазму. Низкое давление.

Молекулы газа ионизуются электронами при неупругих соударениях. Средняя длина свободного пробега достаточно велика для того, чтобы произошла ионизация, и электронная температура много выше температуры молекул газа. Высокое давление. В этом случае средняя длина свободного пробега мала и электронная температура приблизительно равна температуре газа.

В результате многократных соударений с электронами и ионами молекулы получают необходимую энергию для термической ионизации нейтральных молекул. Ионы и электроны рекомбинируют на стенках как в узкой, так и в широкой трубке, но в узкой трубке плазма находится очень близко от стенок и рекомбинация происходит весьма легко. Кроме того, в узкой трубке стенки более эффективно отводят от плазмы тепло и поэтому для термической ионизации требуется дополнительная энергия. Следовательно, при одинако­вом токе и равной площади электродов к трубке мень­шего диаметра надо прикладывать большее напря­жение. Характеристики плазмы. Скорость дрейфа электронов и плотность дрейфового тока Что представляет собой плазма? Опишите ее основные характеристики и кратко обсу­дите два каких-либо прибора, в которых используется плазма.

Плотность электронов в плазме составляет 10 18 м -3,а плотность дрейфового тока равна 10 3 А·м -3. Что называют скоростью дрейфа электронов?

Какой ток поте­чет к зонду площадью 10 -6 м2, если температура элек­тронов равна 10 000 К (между зондом и плазмой нет разности потенциалов)? Укажите, какие приближения вы использовали при расчете, и объясните, почему плотность тока через зонд отличается от плотности дрейфового тока. Решение Плазма представляет собой область между катодом и анодом разрядной трубки, в которой в равных коли­чествах присутствуют как электроны, так и положитель­ные ионы. Она является также областью, в которой су­ществует практически нулевая разность потенциалов. Характеристики плазмы: обсуждались в решении за­дачи 10.

Плазма используется в двух приборах: в лампе с хо­лодным катодом и в тиратроне. Лампа с холодным катодом служит для стабилиза­ции напряжения или как источник опорного напряже­ния.

Она имеет два электрода и наполнена газом. Дав­ление газа обычно порядка 0,01 мм рт. Рабочая ха­рактеристика лампы с холодным катодом приведена на рис.11.1. Ясно видно, что после наступления пробоя напряжение на трубке остается постоянным. Зависимость V s от межэлектродного расстояния и давления газа уже обсуждалась в решении задачи 6. На рис.11.2 показана конструкция тира­трона (попросту говоря, газонаполненного триода), Все три электрода на­ходятся в трубке, напол­ненной газом; давление газа составляет примерно 0,01 мм рт. На рис.11.3 представ­лена пусковая характе­ристика тиратрона.

Ток через лампу течет только в том случае, если напряжения V a и V g. По­падают в заштрихован­ную область характери­стики. Из рис.11.3 видно, что даже если отрица­тельное напряжение на сетке составляет всего лишь несколько вольт, то напряжение на аноде должно быть порядка 100 В, чтобы электроны, смогли пройти че­рез отверстия в сетке, в количестве, достаточном для ио­низации газа. Если происходит ионизация и образуется плазма, то для поддержания проводящего состояния требуется очень незначительный анодный потенциал. Если в тиратроне зажегся разряд, то сетка уже не оказывает на него никакого влияния.

Тиратрон используется как управляющее устройство, позволяющее коммутировать большие токи. Скорость электронов в плазме определяется выра­жением: (11.1) где V p — потенциал в некоторой точке плазмы. Ско­рость ионов определяется следующим образом: (11.2) Сравнивая выражения (11.1) и (11.2), получаем: Плотности электронного и ионного токов записываются в виде: (11.4) (11.5) Суммарная плотность тока: (для плазмы n i=n e=n). Из выражений (11.3) — (11.5) следует: но, так как m i m e и u e u i, имеем J≈neu e, откуда: Плотность электронного тока на поверхности зонда J es дается выражением: где V pp —разность потенциалов между зондом и плазмой. В этом случае V pp =0, поскольку потенциал плазмы равен потенциалу на зонде.

Таким образом, Вычислим ток через зонд: Фактический ток зонда обычно меньше этого значе­ния, представляющего собой ток насыщения. Запишем выражение для тока зонда в виде: откуда: Для электронной температуры T e=10 4 K имеем e/kT e=1,23.Следовательно, мы можем записать, что: Мы видим, что фактический ток на поверхности зонда отличается от вычисленного выше значения мно­жителем 1,23.

Оценка коэффициентов первичной ионизации газа и вторичной эмиссии катода Приведенные ниже данные были получены для раз­рядной трубки с межэлектродным расстоянием d, наполненной газом при давлении 4 мм рт. Ст.: d,м 1·10 -3 3·10 -3 4·10 -3 5·10 -3 7·10 -3 9·10 -3 I (ток),пА 1,4 2,4 3,3 4,4 8,0 14,4 При помощи соответствующих графиков оцените ко­эффициент первичной ионизации газа и коэффициент вторичной эмиссии катода. Рассчитайте также расстоя­ние между анодом и катодом, при котором произойдет электрический пробой. Решение Используем следующее уравнение для тока: (12.1) Прологарифмируем обе части этот уравнения по осно­ванию е: (12.2) Мы получили уравнение прямой, записанное в виде y=mx+c, причем α представляет собой угловой ко­эффициент этой прямой.

Следовательно, для приведен­ных в условии задачи данных мы можем записать: I (ток),пА 1,4 2,4 3,3 4,4 8,0 14,4 d·10 -3,м ln I 0,3365 0,8755 1,1939 1,4816 2,0794 2,6672 Из рис.12.1 вычислим угловой коэффициент α: Эта величина, представляет собой коэффициент пер­вичной ионизации газа. Используя уравнение для анодного тока: (12.3) мы находим, что пробой имеет место, когда: Рис.12.1. Отсюда расстояние между анодом и катодом, при ко­тором происходит пробой, равно: (12.4) При d = 0 Если d=9·10 -3 м, ток I=14,4 пА. Подставим эти значения в (12.3): Отсюда имеем: Следовательно, для коэффициента вторичной эмиссии γ находим: Подставляя это значение γ в выражение (12.4), мы вы­числяем расстояние d, на котором происходит пробой: Упражнения 1.Что называют средней длиной свободного про­бега?

Объясните значение этого понятия при описании движения молекул и электронов. Определите среднюю длину свободного пробега молекул в азоте при давле­нии 10 -3 мм рт. И температуре 20 0С. Что подразумевают под средней длиной свободного пробега электрона в этом газе?

Диаметр молекулы азота равен 3,2·10 -10 м. (Ответ: 66,5 мм; 0,377 м.) 2.Простейшая разрядная трубка состоит из стек­лянной цилиндрической трубки, у обоих концов которой расположены большие плоские электроды. Трубка на­ полнена неоном при давлении около 1 мм рт. Начертите вольт-амперную характеристику этой трубки и объясните, с какими процессами в разряде связаны различные участки вольтамперной характери­стики этой трубки. Пусть трубка имеет металлические электроды. Объ­ясните, почему работа в области неустойчивого разряда может привести к переходу разряда в дугу?

3.Кратко опишите процессы, которые приводят к электрическому пробою в газе. Почему наступает про­бой, если на сетку горячего катода тиратрона подать положительный импульс напряжения? Почему невоз­можно выключить тиратрон, подав затем на сетку отри­цательное напряжение? В газонаполненной трубке два параллельных металлических электрода расположены на расстоянии 2 мм друг от друга.

В трубке, наполненной водородом до давления 0,75 мм рт. Ст., пробой наступает при разности потенциалов между электродами 10 кВ. Что произойдет, если это напряжение приложить к большей по размерам трубке, наполненной водородом при том же самом давлении, если все ее размеры удваи­ваются? Какое должно быть давление газа, чтобы боль­шая по размерам трубка зажигалась при этом напря­жении? Объясните, что называют электронной температу­рой?

Известно, что в газовом разряде при низком дав­лении электронная температура выше температуры газа или температуры положительных ионов. На рис.4.1 показана зависимость тока через зонд, погруженный в плазму газового разряда, низкого давле­ния, от потенциала смещения на зонде. Определите электронную температуру. Чему равно смещение, если зонд и плазма находятся при одинаковом потенциале?

Расскажите, как будет меняться ток зонда в случае, если напряжение смещения на нем сделать более отри­цательным, чем показано на рис.4.1. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Морозова И.Г.

Физика электронных приборов: Учебник для вузов.–М: Атомиздат, 1980.–392с. Трубецков Д.И. Вакуумная электроника Соровский образовательный журнал №4 1992 г. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. 2ое издание переработанное и дополненное – М.: Высшая школа, 1991 -622с. Браудай И., Мерей Дж.

Физические основы микротехнологии М.:Мир, 1985 -92с. Дулин, В.Н.; Аваев, Н.А.; Демин, В.П. Электронные приборы Издательство: М.: Энергоатомиздат; Издание 4-е, перераб. Перевод с английского;Под редакцией Ж. Банкова –М.;Мир, 1982 г. Покровский Ф.Н. Плазменные панели –М.: Горячая линия –Телеком –2006 г.

Линг П., Николай А. Задачи по физической электронике.– М.:Мир, 1975.