Документ 3763819

Министерство образования Российской Федерации
РЫБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВИАЦИОННАЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
им. П.А. СОЛОВЬЕВА
Факультет радиоэлектроники и информатики
Кафедра электротехники и промышленной электроники
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета РЭИ
___________А.И. Дворсон
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
Вакуумная и плазменная электроника
для специальности
200400 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
Форма обучения
очная
Лекции
Заочная
34
Практические занятия
-
Лабораторные занятия
34
Индивидуальные занятия
4
Самостоятельная работа, в т.ч.
расчетно-графическая работа
Всего часов
Форма контроля (зачет, экзамен)
84
экзамен
Рабочую программу составил
экзамен
А. С. Тусов
Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры ЭПЭ, протокол №
от
Заведующий кафедрой ЭПЭ
В. В. Юдин
СОГЛАСОВАНО
Декан ФОЗ
М. А. Кабешов
Рыбинск 2003
Настоящая программа составлена в соответствии и Государственным
образовательным стандартом высшего профессионального образования и
учебным планом подготовки специалиста по специальности 200400 –
Промышленная электроника.
Цель преподавания дисциплины «Вакуумная и плазменная электроника»
заключается в том, чтобы дать будущему специалисту в области
промышленной электроники знания в области устройства, принципов
действия и основ эксплуатации технических средств вакуумной и плазменной
электроники, а также сформировать представление о месте электровакуумных
и ионных процессов в современном промышленном производстве.
Основные задачи изучения дисциплины: изучение основных
закономерностей прохождения электрического тока в вакууме, способов
получения потока электронов и управления им; изучение устройства,
принципа действия, основных параметров и характеристик электровакуумных
приборов и установок, а также их применений в электротехнологии; изучение
устройства, принципов действия, основных параметров и характеристик
ионных приборов и установок, а также их применений в электротехнологии и
других областях.
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Введение. Предмет дисциплины, цели и задачи. Роль электровакуумных и
плазменных устройств в электронике и в электротехнологии. Литература по
дисциплине.
1.1. Основы электронной теории твердого тела. Электроны в твердом теле.
Работа выхода. Электроны в металлах. Электроны в диэлектриках и
полупроводниках. Источники электронов. Виды электронной эмиссии.
1.2. Термоэлектронная эмиссия. Закон
термоэлектронной
эмиссии.
Термоэлектронная эмиссия с активированных поверхностей. Влияние
ускоряющего поля на термоэлектронную эмиссию.
1.3. Термоэлектронные катоды. Характеристики и параметры катодов. Типы
катодов. Классификация. Катоды из чистых металлов. Пленочные катоды.
Полупроводниковые катоды. Конструкции и эксплуатация катодов.
1.4. Двухэлектродные лампы (диоды). Прохождение электрического тока в
вакууме. Закон «трех вторых» и вольт-амперная характеристика. Диод в
режиме нагрузки. Параметры. Типы диодов и их применение.
1.5. Трехэлектродные электровакуумные приборы (триоды). Статические
характеристики и параметры триодов. Зависимость параметров от
конструкции триода и режима его работы.
1.6. Многоэлектродные электровакуумные приборы: тетроды, пентоды.
Статические характеристики и параметры, применение в электронике.
Электровакуумные
приборы
сверхвысоких
частот.
Мощные
электровакуумные приборы.
1.7. Генераторы высокочастотных колебаний на электровакуумных приборах.
Работа активного элемента в усилителе и генераторе гармонических
колебаний. Схемы усилителей мощности и генераторов с
самовозбуждением.
Применения
генераторов
высокочастотных
колебаний в электротехнологическх установках.
1.8. Фотоэлектронная
эмиссия.
Электровакуумные
фотоэлектронные
приборы: фотоэлементы, фотоэлектронные умножители.
1.9. Электронно-лучевые
трубки:
устройство,
принцип
действия,
отклоняюще-фокусирующие системы, экраны. Типы и применение.
1.10.Возбуждение и ионизация атомов газа, несамостоятельный и
самостоятельный разряды в газах, распределение потенциала, вольтамперная характеристика, ионные приборы. Газоразрядные источники
света и приборы индикации: устройство, принцип действия, схемы
включения, применения.
1.11.Электронно-ионная технология. Термические процессы электронной
технологии. Нетермические процессы электронной технологии.
Установки электронно-лучевой технологии. Процессы и установки
ионной технологии.
2. ЛИТЕРАТУРА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
2.1. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы.- М.: Связьиздат, 1960.
2.2. Клейнер Э.Ю. Основы теории электронных ламп.- М.: Высшая школа,
1974.
2.3. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной
технологии.- М.: Высшая школа, 1988.
2.4. Терехов В.А. Задачник по электронным приборам: Учеб. пособие для
вузов.- 2-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
2.5. Германюк В.Н. Сборник задач по электровакуумным и
полупроводниковым приборам. - Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1973.
3 ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
3.1. Изучение выпрямителя переменного напряжения на вакуумном диоде.
3.2. Исследование усилителя на вакуумном триоде
3.3. Исследование релаксационного генератора на неоновой лампе
3.4. Изучение процессов в системе «люминесцентная лампа
пускорегулирующий аппарат»
–
4 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ИЗУЧЕНИЮ
ДИСЦИПЛИНЫ
Для самостоятельного изучения дисциплины нужен учебник по
электронным и ионным приборам, например, [2.1, 2.2] или иной, где есть
разделы, посвященные электровакуумным и электронным приборам. В
учебнике особое внимание следует обратить на разделы, в которых
рассматриваются физические принципы работы электронных и ионных
приборов и установок: термоэлектронная эмиссия и термоэлектронные
катоды, прохождение электрического тока в вакууме и основы электронной
оптики, физика электрического разряда в газе. Далее надлежит ознакомиться с
устройством и работой основных электровакуумных приборов: диодов,
триодов, тетродов, пентодов, электронно-лучевых трубок, обратить внимание
на способы управления потоком электронов, на типовые электрические схемы
включения этих приборов. Из ионных приборов наибольший практический
интерес представляют газоразрядные источники света высокого и низкого
давления. С работой электронных ламп в составе генераторов
высокочастотных колебаний можно ознакомиться как в учебниках по
радиопередающим устройствам, так и в литературе по технологическим
процессам высокочастотного нагрева, закалки, сушки материалов.
Термические и нетермические процессы электронно-ионной технологии
описаны, например, в [2.3]. В ходе изучения тех или иных тем следует
обращаться к приведенному ниже перечню вопросов и находить на них в
литературе ответы. Рекомендуется также решить задачи по изучаемой теме из
приведенного ниже перечня задач, а также из задачников [2.4, 2.5].
5 СОДЕРЖАНИЕ ЭКЗАМЕНА ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Экзамен по дисциплине проводится в письменной форме. Студент получает экзаменационный билет с номерами вопросов, на которые дает краткий
ответ по существу вопросов. Перечень вопросов приведен ниже.
6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
На каких явлениях основана работа электровакуумных приборов (ЭВП)?
Почему для работы ЭВП нужен глубокий вакуум?
Какие частицы являются носителями энергии в ЭВП?
Что является источником энергии для частиц – носителей энергии в ЭВП?
Какие средства используются для управления потоком электронов в ЭВП?
В чем причина односторонней проводимости ЭВП?
Каковы области применения ЭВП в современной технике?
Почему в современных радиоприемных и электронно-вычислительных
устройствах не применяют ЭВП?
9. Что является источником электронов в ЭВП?
10. Что такое уровень Ферми?
11. Что такое внутренняя работа выхода?
12. Что такое внешняя работа выхода?
13. От каких факторов зависит работа выхода электрона?
14. Что такое потенциальный барьер?
15. Перечислите виды электронной эмиссии.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
16. Запишите формулу Дэшмана, поясните ее.
17. От каких факторов зависит эмиссионная способность металлов?
18. Почему для термокатодов применяют вольфрам и молибден, но не барий
или цезий?
19. Почему активированный вольфрам обладает большей эмиссионной
способностью, чем неактивированный?
20. Как ускоряющее поле анода влияет на электронную эмиссию?
21. Что такое эмиссионная характеристика катода?
22. Изобразите электрическую схему для снятия эмиссионной характеристики
катода.
23. Сравните катод прямого накала и катод косвенного накала.
24. Что такое накальная характеристика катода? Изобразите электрическую
схему для ее снятия.
25. Перечислите основные параметры термоэлектронных катодов ЭВП.
26. Что такое эффективность катода? Почему катоды косвенного накала менее
эффективны, чем катоды прямого накала?
27. В чем причины ограниченного срока службы термоэлектронных катодов?
28. В чем особенности падения эмиссионной способности активированных
катодов?
29. Приведите классификацию термоэлектродных катодов для ЭВП.
30. В чем отличия между катодами пленочными и полупроводниковыми?
31. В чем достоинства вольфрамовых катодов?
32. В чем преимущества и недостатки торированных катодов?
33. Опишите устройство и работу оксидного катода.
34. Какой тип катода хорошо работает в импульсном режиме?
35. Изобразите диаграмму прохождения тока в вакууме между катодом и
анодом, поясните ее.
36. Какой величиной ограничен ток между катодом и анодом?
37. Что такое режим объемного заряда в диоде?
38. Запишите и поясните «закон трех вторых» для диода.
39. Изобразите идеализированные и реальные характеристики вакуумного
диода.
40. Изобразите схему вакуумного диода в режиме нагрузки, анодную
характеристику, нагрузочную прямую, обозначьте положение рабочей
точки.
41. Изобразите электрическую схему применения вакуумного диода в качестве
выпрямителя переменного напряжения.
42. Что такое крутизна характеристики вакуумного диода?
43. Что такое внутреннее сопротивление вакуумного диода?
44. Как определить сопротивление вакуумного диода на постоянном токе?
45. Как в идеализированном диоде связаны между собой внутреннее
сопротивление и сопротивление на постоянном токе?
46. Почему «горячая» емкость анод – катод больше статической (холодной)?
47. Какую роль играет емкость катод – подогреватель в ЭВП?
48. Перечислите предельно допустимые параметры электровакуумного диода.
49. Приведите
классификацию
в
зависимости
от
назначения
электровакуумных диодов.
50. Изобразите схематично устройство электровакуумного триода, поясните
на диаграмме распределение потенциала между анодом и катодом.
51. Дайте определение параметру «проницаемость».
52. Перечислите виды статических характеристик электровакуумного триода,
укажите, какая величина от какой зависит и при каком условии.
53. Изобразите семейство анодно – сеточных характеристик триода.
54. Изобразите семейство анодных характеристик триода.
55. Перечислите основные статические параметры триода, укажите связь
между ними.
56. Покажите, как по семейству статических характеристик можно определить
крутизну триода.
57. Покажите, как по семейству статических характеристик можно определить
внутреннее сопротивление триода.
58. Покажите, как по семейству статических характеристик можно
определить коэффициент усиления и проницаемость триода.
59. Изобразите электрическую схему работы триода с нагрузкой в цепи анода,
укажите связь между током анода и напряжением на аноде с
напряжением источника анодного питания и напряжением на
управляющей сетке через параметры триода.
60. Изобразите электрическую схему работы триода с нагрузкой в цепи анода,
запишите выражение для коэффициента усиления напряжения.
61. Приведи На каких явлениях основана работа электровакуумных приборов
(ЭВП)?
62. те условное обозначение тетрода, поясните его преимущества перед
триодом.
63. Что такое динатронный эффект, как он проявляется при работе тетрода?
64. Как подавляется динатронный эффект в лучевом тетроде?
65. Как подавляется динатронный эффект в пентоде?
66. Изобразите семейство анодных характеристик пентода.
67. Перечислите основные статические параметры пентода. В чем пентод
превосходит триод?
68. В чем особенности электровакуумных приборов сверхвысоких частот?
69. Чем мощные электровакуумные приборы отличаются от маломощных
(приемно-усилительных)?
70. Изобразите функциональную схему каскада усиления мощности
гармонических колебаний на ЭВП. Поясните назначение элементов
схемы.
71. Перечислите основные параметры каскада усилителя мощности.
72. Перечислите классы режимов работы активного элемента в усилителе
мощности гармонических колебаний, укажите соответствующие классам
диапазоны углов отсечки тока анода.
73. Изобразите временную диаграмму тока анода активного элемента в
режиме класса С, обозначьте параметры.
74. Что такое коэффициенты Берга, как они определяются?
75. Как колебательная мощность на выходе активного элемента зависит от
угла отсечки тока анода?
76. Запишите выражение закона Эйнштейна для фотоэлектронной эмиссии.
77. Поясните принцип действия электровакуумного фотоэлемента.
78. Изобразите схематично устройство фотоэлектронного умножителя,
поясните принцип действия.
79. Изобразите схематично устройство электронно-лучевой трубки,
обозначьте электроды, укажите их назначение.
80. Сравните фокусирующие системы ЭЛТ электростатические и магнитные,
приведите примеры их применения .
81. Сравните отклоняющие системы ЭЛТ электростатические и магнитные.
82. Почему в осциллографических ЭЛТ применяют электростатические
отклоняющие системы?
83. Почему в кинескопах применяют магнитные отклоняющие системы?
84. Перечислите основные характеристики и параметры люминофоров,
применяемых в ЭЛТ.
85. Как решена в ЭЛТ проблема заряда, могущего накапливаться на экране
при попадании на него электронов?
86. Какими средствами в современных кинескопах повышают яркость
свечения экрана?
87. В чем заключаются особенности ионных приборов?
88. Каковы области применения ионных приборов в настоящее время?
89. Что такое потенциал возбуждения газа в ионном приборе?
90. Что такое потенциал ионизации газа в ионном приборе?
91. Изобразите зависимость потенциала зажигания разряда в газе от
произведения давления на расстояние между электродами.
92. Изобразите вольт-амперную характеристику разряда в газе.
93. Почему при подключении к источнику напряжения последовательно с
газоразрядным прибором нужно включать балласт (резистор, катушку
индуктивности и т.п.)?
94. В чем заключаются особенности электронно-ионной технологии?
95. Что является носителем энергии в установках электронно-ионной
технологии?
96. Опишите процесс поглощения энергии ускоренных электронов твердым
телом.
97. Приведите примеры термических процессов электронной технологии,
укажите
их
достоинства
в
сравнении
с
традиционными
технологическими процессами аналогичного назначения.
98. Приведите примеры нетермических процессов электронной
технологии.
99. Перечислите основные составные части установки для осуществления
термических процессов электронной технологии.