Пользуясь выражением (10.15), определим начальную скорость электрона

«0= ]/2(е ио)£/ = Т/г-1,76-1011-25 = 2,95-10« м/с. Согласно выражениям (10.22) составляющие скорости электрона: VI = го cos 30° = 2.95-106-0.86 = 2,55-106 м/с; U2=WoSin 30° =2,95-106.0,5= 1.47-10* м/с. Период обращения составит

0,03

1,19-10-9 с.

За один оборот электрон под действием составляющей скорости Vi смещается параллельно линиям поля согласно выражению (10.24):

Д = viT = 2,55-106.1,19-10-9 = 3.03- Ю-з = 0,3 см.

Движение электрона в ортогональных полях. При одновременном воздействии электрического и магнитного полей электрон движется по сложной траектории. Наиболее простой случай движения электрона в ортогональных однородных электрическом и магнитном полях.

Предположим, что при ортогональных направлениях векторов электрического Е и магнитного Н полей вектор Е направлен по оси у, а вектор Н - по оси г (рис. 10.8 а). В этом случае:

Еу=Е; Ex = E = Q и НН; Нх = Ну-=0.

При выполнении этих условий различают три важные в техническом отношении траектории движения электрона, зависящие от направления его начальной скорости Vo.

1. Вектор начальной скорости vo совпадает с направлением Н. В этом случае Vox = VBy=0, а voz=Vo и уравнения движения примут следующий вид:

X = {-EjuiB) sin mt + (Е/В) t; = (-Я/(оВ) (1 - cos (оО; z = Vot. (10.25)

Мы получили уравнения винтовой линии, закрученной (с постоянным шагом) вокруг круглого цилиндра. Такую спиральную траекторию имеет электронный луч в телевизионной трубке (например, в ортиконе) с аксиальным магнитным полем и отклоняющими пластинами.

2. Вектор Vo перпендикулярен Н и лежит в плоскости х-у, следовательно,

г>о==Уг--г),, г)о2=0. в зависимости от значения отношения £/В возможны три вида траекторий электрона трохоидальной формы. Их можно представить как

д) Е1н»1 + г; 5 /»/ + S) е1н«1 .+

Рис. 10.8. Траектории электронов в ортогональных электрическом и магнитном

полях

•траектории точек Ль Ао, Лг на круге (рис. 1Q.8, б), который катится с переносной скоростью Vn=EIH. В зависимости от того, где находится точка Л (внутри Ли «наружи Лг или в самом круге Ло), получают три вида трохоиды.

Если преобладает интенсивность электрического поля (£/Я>-1), получаем jpacтянyтyю трохоиду (рис. 10.8, в). При £/Я«1 траектория представляет продетую циклоиду (рис. 10.8, г). Если преобладает магнитное поле (E/H-l) траектория имеет вид сжатой трохоиды (рис. 10.8, д). Такого вида электронные траектории имеют место в трохотронах и электронно-лучевых приборах с электромаг-шитным управлением.

3. Начальная скорость электрона i;o=0. В этом случае траектория электронов описывается уравнением (10.25), в котором z=0. Траектория электрона будет простая циклоида (см. рис. 10.8, г) в плоскости х-у. Подобная траектория элек« тронов наблюдается в магнетронах и электронных умножителях с магнитным шолем.

§ 10.5. Катоды электронных ламп

Характеристики катодов. Свойства наиболее распространенных SB электронных приборах термоэлектронных катодов оценивают по шх эмиссионной и накальной характеристикам.

Эмиссионная характеристика катода выражает зависимость то-жа эмиссии от напряжения или тока накала 1е=(р (f/н или /н) при i/a = const (рис. 10.9). Из характеристик следует, что ток эмиссии становится заметным лишь при напряжении накала, составляющем 40-50% номинального, резко возрастая при Uh, соответст-авующем рабочей температуре катода.

Макальная характеристика катода выражает зависимость тока накала от напряжения /н=ф({/н) при f/a=0. Характеристика нелинейна вследствие увеличения сопротивления нити при увеличе-еии ее температуры. При этом относительный рост тока накала происходит медленнее, чем рост напряжения накала.

Параметры катодов. По параметрам оценивают качество термо-жатодов.

Удельная эмиссия (А/см) определяется значением тока элект-

1 СМ2

•ронной эмиссии (в амперах) с жатода при его нормальной рабочей темпе- j ратуре

рабочей 1е,мА

l = fefS = AoT2e~.

Удельная.эмиссия зависит от температуры, свойств материала катода и состояния его поверхности. Чтобы исключить высокий нагрев других электродов, материал катода желательно выбирать с невысокой (около 1000 К) рабочей температу-.рой.

Удельная мои{ность накала (Вт/см) характеризуется мощностью накала, приходящейся на 1 см поверхности катода яри рабочей температуре. Большая часть

3,0 2,5 2,0 i,5 1,0

поверхности 1цтм2М

0,5 - 20-

О 2 Ч 6 8 Он,В

Рис. 10.9. Эмиссионные характеристики вольфрамового катода

энергии (около 90%), истребляемой катодом, рассеивается в виде лучеиспускания

изл.к = У°745к, • (10.26)

где у - коэффициент лучеиспускания поверхности катода;

а - постоянная Стефана - Больцмана, равная 5,67-10- Вт/(град-см).

Отсюда видим, что катоды с высокой рабочей температурой обладают большими потерями тепла и менее экономичны.

Эффективность катода (мА/Вт) показывает величину эмиссии, которую можно получить от катода на каждый ватт мощности, расходуемой на его нагрев,

N = fe!P»=Ie/fnCr„. (10.27)

Чем больше эффективность, тем более экономичным является катод.

Срок службы (долговечность) катода определяется временем его работы, в течение которого ток эмиссии снижается от номинального до минимально допустимого (например, для большинства активированных катодов до 80% номинального) значения. Причинами, снижающими долговечность, являются быстрое испарение активатора при высокой температуре, разрушение ионной бомбардировкой при высоких анодных напряжениях, образование химических пленок и т. д.

Классификация катодов. По физическим и электрическим свойствам термокатоды подразделяют на однородные (из чистых металлов или сплавов), активированные (пленочные) и по.пупроводниковые.

Однородные катоды выполняют из тугоплавких металлов (вольфрам, тантал, ниобий, частично молибден), обладающих стабильными эмиссионными характеристиками, устойчивостью к ионной бомбардировке при высоких анодных напряжениях.

Вольфрамовые катоды имеют высокую (около 3600 К) температуру плавления, большую (4,52 эВ) работу выхода, высокую (2400-2600 К) рабочую температуру, обладают удовлетворительной ковкостью и тягучестью и относительно низкой (2-14 мА/Вт) экономичностью. Применяются в мощных генераторных лампах с высоким анодным напряжением и маломощных лампах, предназначенных для измерительных целей.

Активированные катоды более экономичны. Поверхность сердечника (керна) этих катодов активируют металлами (Th, Ва, Cs и их соединениями), обладающими малой работой выхода. Эти катоды имеют более низкую (примерно 1800-2000 К) рабочую температуру, лучшую (около 50:-70 мА/Вт) эффективность. К недостаткам этих катодов относят чувствительность к колебаниям температуры и высоким анодным напряжениям.

Полупроводниковые оксидные катоды в качестве активирующих веществ используют оксиды щелочноземельных металлов (Ва, Sr, Са). Эти катоды имеют низкую (около 120О К) рабочую температуру, малую (около 1,2 эВ) работу выхода, высокую (50-250 мА/Вт) эффективность и (за счет специальной технологии, формовки) большую (до 5-10 тыс. ч) долговечность.

Недостатком оксидных катодов является эмиссионная нестабильность (обусловленная неравномерной плотностью тока с различных участков катода), искрение и саморазогрев (наблюдается в момент включения лампы, когда поверхность катода не разогрета и не защищена объемным зарядом электронов от действия внешнего электрического поля).

Металлогубчатые полупроводниковые катоды содержат две камеры (рис. 10.10). В одной камере помещен запас активирующих веществ 2, а во второй - подогреватель 3. Активирующие материалы защищены от внешних воздейст-