Электрондук эмиссия

Киришүү

Электрондук эмиссиясы –конденсацияланган чөйрөнүн бетинен электрондордун учуп чыгышы. Тышкы күчтөн электрондордун бир канчасы ашыкча энергияга ээ болуп, анын чек арасындагы потенциалдык тоскоолдукту жеңет. Электрон эмиссиясы нерселерди ысытууда, электрон менен бетти бомбалоодо, иондордун таасиринде электр- магниттик нурланууда пайда болот. Электровакуумдук приборлор –бул электрондук приборлордо өткөргүчтүк электроддордун аралыгындагы вакуумда же газда кыймылдагы электрондордун жана иондордун таасири аркылуу жүргүзүлөт. Электровакуум приборлору электрондук жана иондук болуп бөлүнүшөт.

Электрондук лампалар түзөткүчтөрдө, күчөткүчтөрдө жана генератордук түзүлүштөрдө, ошондой эле автоматикада, компьютердик жана өлчөөчү техникада колдонулат. Азыркы учурда электрондук лампалардын өндүрүштө колдонулушу чектелүүдө, себеби жарым өткөргүч техникасы жана микроэлектроника да абдан тез өнүгүүдө.

§ 1. Электрондук эмиссия түшүнүгү

Электрон эмиссиясын изилдөө үчүн нерсенин (эмиттердин ) бетине жакын жерде электрондорду ылдамдатуучу электр талаасын пайда кылуу керек. Эгерде болсо, анда ал чек арадагы потенциалдык тоскоолдуктун бийиктигин азайтат жана электрон эмиссиясын көбөйтөт ( Шотки эффектиси). Өтө күчтүү талаада ( В/см ) потенциалдык тоскоолдук өтө ичкерип, электрондордун туннелдик жыбылжып агуусу байкалат. Бир эле убакта 2 же андан көп факторлордун таасиринде термоавтоэлектрондук, фотоавтоэлектрондук эмиссия ж.б. пайда болот. Өтө күчтүү импульстуу электр талаасында ( В/см) автоэлектрондук эмиссия эмиттердин бетиндеги микроурчуктарды талкалап, тыгыз плазманы пайда кылат. Плазма менен эмиттердин өз ара аракетинен электрон эмиссиясынын тогу кескин көбөйөт.

Электрондук лампалар электровакуумдук деп аталган приборлордун тобуна кирет. Электровакуумдук приборлор –бул электрондук приборлордо өткөргүчтүк электроддордун аралыгындагы вакуумда же газда кыймылдагы электрондордун жана иондордун таасири аркылуу жүргүзүлөт. Электровакуум приборлору электрондук жана иондук болуп бөлүнүшөт.Электрондук приборлорго электрондук лампалар кирет, мында электр тогу бош электрондордун таасири астында өтөт, ал эми иондук приборлордо –бош электрондор, ошондой эле иондордун кыймылы аркылуу жүргүзүлөт.

Электрондук лампалар түзөткүчтөрдө, күчөткүчтөрдө жана генератордук түзүлүштөрдө, ошондой эле автоматикада, компьютердик жана өлчөөчү техникада колдонулат. Азыркы учурда электрондук лампалардын өндүрүштө колдонулушу чектелүүдө, себеби жарым өткөргүч техникасы жана микроэлектроника да абдан тез өнүгүүдө.

Бирок, жогорку жыштыктарда жана кубаттуулуктарда электрондук лампалар дагы да болсо кеңири колдонулуп келе жатат. Бардык электрондук лампаларда эркин электрондордун булагы болуп, катод деп аталган атайын электрод эсептелет. Катод өзүнөн электрондорду электрондук эмиссия кубулушунун негизинде чыгарат. Металлдар эң көп сандагы бош электрондордун болушу менен мүнөздөлөт, алар атом аралыгындагы мейкиндикте баш аламан кыймылда болот. Кадимки шарттарда металлдын бетинен кээ бир электрондор гана, анын оң заряддалган иондорунун тартылуу күч аракетин жеңип чыгат. Ушунун негизинде металлдын бетинде эки электрдик катмар пайда болот. Бул катмар металлдын бетинен электрондордун андан ары чыгышына тоскоолдук кылуучу электр талаасын пайда кылат.

Электр катмарларынын арасындагы талаадагы потенциалдардын айырмасы потенциалдык тосмо деп аташат. Бул тосмону жеңип чыгуу үчүн металлдын электрондору сырттан кандайдыр бир энергияны алышы керек. Ал потенциалдык тосмону жеңип чыгууга кеткен жумушка барабар. Бул жумуш чыгуу жумушу деп аталып, менен белгиленет. Чыгуу жумушунун электрондун зарядына болгон катышы чыгуу потенциалы деп аталат

Металлдын электрондоруна кошумча энергияны берүүнүн бир нече ыкмалары жана мындан көз каранды болгон электрондук эмиссиянын ар кандай түрлөрү бар.

§ 2. Электрондук эмиссиянын түрлөрү

Жылуулук электрондорунун эмиссиясы –деп ысытылган металл катодунан электрондордун бөлүнүп чыгуу кубулушун айтабыз. Катодду ысытууда электрондордун баш аламан кыймылынын ылдамдыгы жогорулайт да алардын кинетикалык энергиянын жогорулашына алып келет. Жыйынтыгында, металлдан чыккан электрондордун саны көбөйөт.

Бул электрондор катоддун бетинин айланасында металлдын оң иондорунун тартуу аракетинин эсебинен топтолот. Ошентип, катоддун тегерегинде электрондук булутча пайда болот, анын бетинде элекрондор ар кайсы багыттар боюнча жылышат. Мындан электрондордун кандайдыр бир бөлүгү катодго кайра келишет. Чыккан электрондордун санынын жогорулашы менен булутчанын тыгыздыгы жогорулайт жана алардын кийинки чыгуулары татаалдашат, ал эми катодго кайтып келген электрондордун саны динамикалык тең салмактуулук жетмейинче өсөт: чыккан электрондордун саны кайтып келген электрондордун санына барабар болот.

Электрондук булутчанын тыгыздыгы (көлөмдүк заряддын) катоддун температурасынан көз каранды. Эгерде, электрондук булутчага сырткы ылдамдатуучу талаа аракет кылса, анда булутчанын электрондору катоддон жылышат да эмиссия тогу деп аталган тогу пайда болот.

Экинчи жолку эмиссия – деп “муздак” металлдын бетинен биринчи жолку электрондор менен бомбалоонун натыйжасында электрондордун чыгуу кубулушун айтабыз. Салыштырмалуу чоң ылдамдыкка ээ болгон урулушуп токтотулат жана энергияларын электрондорго беришет (мисалы: электрондук лампанын анодуна).Аноддун электрондору кошумча энергияны алышын, анын чегинен чыгышып экинчи жолку эмиссиянын тогун пайда кылышат.

Фотоэлектрондук эмиссия – бул катоддун бетин нурлантканда нурлануу кванттарынын энергияларынын электрондор аркылуу жутулушу эсетелинет.Жарык электрондорунун эмиссиясын ар кандай фотоэлектрдик приборлор: фотоэлементтерде, фотокөбөйтүүчүлөргө, берүүчү телевизиондук түтүкчөлөрдө колдонулат.

Электростатикалык ( автоэлектрондук ) эмиссия катуу жана суюк нерселерден катоддун бетинде пайда кылынган ылдамдатылган сырткы электр талаасынын аракети астында электрондордун бөлүнүп чыгышы менен шартталат.

Сырткы электр талаасы нерсенин бетинде потенциалдык тоскоолдуктун азайышына алып келет, демек чыгуу жумушунун төмөндөшүнө алып келет. Сырткы талаанын чыңалышы канчалык чоң болсо, потенциалдык тосмо ошончолук азайып, ал аркылуу электрондордун өтүп кетишинин ыктымалдуулугу жогору болот жана эмиссия тогу да жогорулайт. Практикалык жактан билинерлик эмиссия тогун нерсенин бетиндеги чыңалыш талаасы - В/м болгондо алынат. Электростатикалык эмиссияга сымап катоду бар иондук приборлор ээ, булардын негизинде токтун прибор аркылуу өтүшү камсыз кылынат.

§ 3. Электрондук лампалардын катоду

Катод -деп электрондук эмиссиянын булагы болгон электровакуумдук прибордун атайын жасалган электроду аталат. Аларды эмиссиянын түрлөрү аркылуу билишет. Берилген бөлүмдө жылуулук катоддорун карайлы, же аларды жөн эле катоддор деп аташат.

Ысытуунун жолдоруна карата түз жана жандатуу кызытма катоддору болуп айырмаланышат. Түз кызытма катодду ысытууда катод аркылуу өтүүчү токтун эсебинен жүрөт буларды араң эрүүчү материалдар (вольфрам, тантал) менен жасашат.

Келбетинин жөнөкөйлүгүнө карабастан, бул катоддор жетишпеген жактары бар: жеңил массага ээ болушуп, алар эң аз жылуулук инерцияга ээ,ошондуктан аларды турактуу ток менен азыктандыруу зарыл. Жандатуу кызытма катоду араң эрүүчү металлдан жасалган көңдөй цилиндрден турат. Аны ысытуу катоддун ичинде жайгашкан жана андан обочолонгон кызытма сым (ысыткыч) менен жүргүзүлөт.

Бул катоддор салыштырмалуу чоң массага ээ болгондуктан билинерлик экономдуулугу Н төмөн, ал миллиампердүү эмиссия тогунун бир ватт кызытмалык кубаттуулукка болгон катышы аркылуу аныкталат. жумушчу температурасы жогору.

Мисалы: вольфрам катоддорунда Н=2 жумушчу температурасы 2300 -2600 К барабар.Экономдуулугун көбөйтүү жана жумушчу температураны азайтуу үчүн аракеттештирилген катоддор колдонулат. Мындай катоддордун бетине аракеттүү металлдарды кошушат (мисалы: барийди). Аракеттештирилген катмар ылдамдатуучу талааны пайда кылат жана чыгуу потенциалы азаят. Барий катоддорунун экономдуулугу Н=50 , качан жумушчу температурасы 800 -900 К болгондо.

Барий катоддоруна катарлаш оксиддер кеңири колдонулат, буларда аракеттүү катмар жердеги щелочтук металлдардын оксиддеринен турат: барий, стронций жана кальций. Оксиддик катоддордун чоң жетишпегендиктери аракеттүү беттик катмардан алардын бууланышы эсептелет. Мында аракеттүү катмардын атомдору лампанын башка электроддоруна жабышат да анын нормалдуу иш тартибин бузат.

§ 4. Триод, триодго мүнөздөмө

Триод –деп анод менен катоддун ортосундагы мейкиндикте үчүнчү электрод (башкаруучу торчо) киргизилген электрондук лампаны айтабыз. Триоддор өзгөрүлмө чыңалууларды жана токторду күчөтүү жана генерирлөө үчүн, ошондой эле жай өзгөрүүчү чыңалууларды ( турактуу токтун күчөткүчү) күчөтүү үчүн колдонулат.

Келбети жактан триод диод сыяктуу жогорку вакуумдагы айнек же металл баллону түрүндө жасалган. Баллондун ичинде электроддор: анод А, катод К жана башкаруучу торчо С жайгашкан. Башкаруучу торчо, уюлгу (спираль) түрүндө араң эрүүчү зымдан жасалып, катоддон анодду көздөй учуучу электрондордун агымынын тыгыздыгын башкаруу үчүн колдонулат.

Триоддун иш тартибин түшүндүрүү үчүн потенциометр нын жардамы менен лампанын анод –катод кертимине оң чыңалуусу берилет. потенциометрден лампанын сетка –катод кертимине уюлдары өзгөрүүгө мүмкүн болгонторчолук чыңалуу берилет. Ошентип, электрондордун агымына анод менен торчонун жыйынтыктоочу электр талаасы аракет кылат.Бирок торчо талаасынын аракети абдан чоң, себеби катод менен торчонун ортосундагы аралык жүз жолу аз, анод менен катоддун ортосундагы аралыкка караганда. Демек, торчо чыңалуусунун өтө чоң өзгөрбөгөндө анодго жетүүчү электрондордун саны буга байланыштуу анод тогу бир топко көбөйөт. Триод колдонуудагы түзмөктү эсептөө, ошондой эле мүнөздөгүчтөрүн аныктоо үчүн триоддордун мүнөздөмөлөрү колдонулат.

Анод –торчолук мүнөздөмө – бул аноддук ток нын торчо чыңалуусунан чыңалуу болгондогу көз карандылыгы карайлы. Бул мүнөздөмө аркылуу. нын белгиленген маанисинде, мисалы В потенциометрдин жардамы менен нын маанисин өзгөртүп жана мА приборлорунун көрсөтүүлөрү алынат.

Кандайдыр бир терс чыңалууда , триод аноддук ток боюнча жабык. Терс чыңалууну азайтууда торчодо аноддук ток анод менен торчонун талаасынын суммардык терс көлөмдүк зарядынын аракети астында компенсацияланып өсөт. Кандайдыр бир торчодогу оң чыңалууда мейкиндик зарядынын аракети толугу менен нейтралдашат жана каныккан режим абалга келет, ушул сыяктуу диоддун каныккан режими болот. Аноддук чыңалуунун башка бир маанисин коюп ( мисалы, жана кайрадан чыңалуусун өзгөртүп, дагы бир мүнөздөмөнү алабыз. Мындай мүнөздөмөлөрдүн көптүгү анод –торчо мүнөздөмөлөрүнүн жыйындысын түзөт.

Корутунду

Демек, электрон эмиссиясы жана анын түрлөрүн биз электрондук лампалар түзөткүчтөрдө, күчөткүчтөрдө жана генератордук түзүлүштөрдө, ошондой эле автоматикада, компьютердик жана өлчөөчү техникада колдонулат. Азыркы учурда электрондук лампалардын өндүрүштө колдонулушу чектелүүдө, себеби жарым өткөргүч техникасы жана микроэлектроника да абдан тез өнүгүүдө. Бирок, жогорку жыштыктарда жана кубаттуулуктарда электрондук лампалар дагы да болсо кеңири колдонулуп келе жатат.

Катод -деп электрондук эмиссиянын булагы болгон электровакуумдук прибордун атайын жасалган электродун жана ошондой эле түз жана жандатуу кызытма катоддорун касиеттерине материалына карап пайдаланабыз.

Электрондук эмиссиянын түрлөрү жана алардын кубаттуулугуна жараша адам баласы өз кызыкчылыгына пайдалануу менен жаңы жогорку касиетке ээ түрлөрү да жаралууда десек жаңылбайбыз.

Колдонулган адабияттар

1. О.Т. Абдылдаев

Электромагнетизм Бишкек 2009- жыл

2. М.М.Кидибаев, К.Шаршеев

Жарым өткөргүчтөрдүн өткөрүмдүүлүгү. Бишкек 2011- жыл

3. Физика боюнча энциклопедия Бишкек 1994 жыл

4. Спиридонов Н.С. Основы теории транзисторов. — К.: Техника, 1969

4