ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ С АВТОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИЕЙ Российский патент 2000 года по МПК H01J1/30 H01J3/02 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в электронных приборах различного типа с катодами, работающими в режиме автоэмиссии.

Известен источник электронов с автоэлектронной эмиссией, содержащий пластину с выемкой, внутри которой расположен остийный эмиттер. На проводящей подложке находятся изоляционный и проводящий слои.

Патент США N 4008412, кл. 313-309, 1977 г.

В таком источнике необходимо создавать значительную напряженность поля между катодом и анодом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является источник электронов с автоэлектронной эмиссией, содержащий остийный эмиттер и пьезокераический резонатор-пластину с двумя управляющими электродами, установленными у одного из торцев, и с выемкой на другом его торце, а остийный эмиттер установлен в упомянутой выемке. Часть резонатора, прилегающая к выемке и к анодному слою, неполяризована.

Авт. свид. СССР N 851543, кл. H 01 J 1/30, 1979 г.

Недостатком прототипа является низкая токоотдача, поскольку не достигается необходимая разность потенциалов между анодом и катодом.

Однако в известных источниках электронов не решена проблема высокой токоотдачи.

Задачей изобретения является создание источника электронов, обеспечивающего возможность высокой токоотдачи.

Для решения поставленной задачи в источнике электронов, содержащем остийный эмиттер и пьезокерамический резонатор-пластину с двумя управляющими электродами, установленными у одного из торцев, и с выемкой на другом торце, а остийный эмиттер установлен в упомянутой выемке, остийный эмиттер выполнен в виде стержня, расположенного на продольной оси симметрии резонатора, части которого в области размещения электродов поляризованы навстречу друг другу, наружный слой одной из частей резонатора, прилегающий к управляющему электроду, поляризован навстречу направлению поляризации этой части резонатора, участок резонатора, прилегающий к поверхности выемки, поляризован вдоль этой поверхности от остийного эмиттера к краю выемки, зона резонатора вокруг упомянутого участка поляризована встречно направлению поляризации частей резонатора.

Указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для обеспечения:
- повышения токоотдачи и напряжения,
- расширения области применения,
- повышения надежности,
- стабилизации величины тока и напряжения.

Описанное изобретение соответствует критерию "новизна", так как в процессе анализа техники не были найдены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения.

Источник электронов отличается от прототипа тем, что остийный эмиттер выполнен в виде стержня, расположенного на продольной оси симметрии резонатора, части которого в области размещения электродов поляризованы навстречу друг другу, наружный слой одной из частей резонатора, прилегающий к управляющему электроду, поляризован навстречу направлению поляризации этой части резонатора, участок резонатора, прилегающий к поверхности выемки, поляризован вдоль этой поверхности от остийного эмиттера к краю выемки, зона резонатора вокруг упомянутого участка поляризована встречно направлению поляризации частей резонатора.

Предложенный источник позволяет создать источник электронов с повышенными токоотводом и напряжением за счет выбора ориентации векторов поляризации различных частей пьезокерамического резонатора и исключения шунтирующего влияния эмиссионного постоянного тока.

Кроме того, изменением величины параметров выемки, остийного электрода и других элементов можно получить различные выходные значения тока и напряжения, что расширяет область применения источника электронов.

Расширение области применения обеспечивается также за счет двух возможных подключений элементов источника электронов к источнику входного напряжения.

Таким образом, поставленная задача решена в описанном источнике и не была известна в ранних объектах техники.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез источника электронов, на фиг. 2 - торец резонатора.

На чертежах обозначены:
1 - резонатор-пластина,
2 - управляющий электрод,
3 - остийный эмиттер,
4 - ось симметрии резонатора,
5 - острие эмиттера,
6 - выемка на резонаторе,
7 - край выемки,
8 - анод,
9 - части резонатора под управляющими электродами, поляризованные реверсивно,
10 - наружный слой под одним управляющим электродом,
11 - участок резонатора, прилегающий к поверхности выемки,
12 - зона резонатора.

Источник электронов содержит пьезокерамический резонатор 1, основу которого составляет, например, поляризованная пластина.

У одного из торцев резонатора на двух гранях установлены два плоских управляющих электрода 2, которые подключены к источнику входного напряжения (на чертеже не показан). Остийный эмиттер 3 выполнен в виде стержня, расположенного внутри пластины 1 на продольной оси 4 симметрии резонатора. Остийный эмиттер установлен так, что его острие 5 выступает в выемке 6, выполненной в другом торце, противоположном месту расположения управляющих электродов 2. На краю 7 выемки 6 в торцевой плоскости резонатора может быть установлен анод 8, например, в виде токопроводящего покрытия.

Части 9 резонатора 1 симметричны относительно плоскости симметрии, параллельны большим граням, в области размещения управляющих электродов 2 поляризованы навстречу друг другу, причем наружный слой 10 одной из частей резонатора, прилегающий к управляющему электроду 2, поляризован навстречу направлению поляризации этой части 9 резонатора. Кроме того, прилегающий к поверхности выемки 6 участок 11 резонатора 1 поляризован вдоль поверхности выемки 6 от остийного эмиттера 3 к краю 7 выемки, а зона 12 резонатора вокруг участка 11, прилегающего к выемке 6, поляризована встречно направлению поляризации частей 9 резонатора.

Источник электронов работает следующим образом.

На управляющие электроды 2 резонатора 1 подается гармоническое напряжение, соответствующее резонансу по длине резонатора 1. За счет пьезоэффекта, обусловленного соответствующей поляризацией частей 9 и поверхностного слоя 10 резонатора 1, на остийном эмиттере 3 наводится значительный электрический заряд и возникает сильное электрическое поле (до 20 кВ/мм) между острием 5 эмиттера 3 и анодом 8, приводящее к электростатической эмиссии электронов с острия эмиттера. Увеличению токоотдачи источника электронов способствует встречная поляризация участка 11, прилегающего к выемке 6, способствующая выделению на аноде 8 пьезозаряда - P₈ ΔS, где ΔS - площадь контакта между анодом 8 и участком 11, P₈ - величина поляризации участка 11, увеличивающая разность потенциалов между эмиттером 3 и анодом 8. Кроме того, наличие части 12 резонатора с резервной ориентацией вектора поляризации обуславливает доменную неустойчивость в области контакта между участком 11 и зоной 12 резонатора, способствующую в режиме максимума акустической волны упругой реориентации вектора поляризации участка 11. Важно отметить при этом, что реориентация вектора поляризации (в направлении, нормальном по отношению к поверхности выемки) происходит дискретно и затрагивает небольшие области участка 11, плавно перемещающиеся от эмиттера 3 к аноду 8 (размер областей 15-25 мкм, скорость их перемещения соответствует скорости звука в пьезокерамике).

Влияние реориентирующих областей, вызывающих формирование на стенках выемки 6 ограниченных пространством зарядов, модулирует эмиссионный ток, предотвращая эффект шунтирования тока, вносящего шунтирующее влияние эмиссионного тока, вызывая дополнительную эмиссию электронов с поверхности участка 11.

Второй режим работы происходит тогда, когда управляющие электроды 2 заземлены, а на остийный эмиттер 3 подают импульсное напряжение, при этом с анода 8 снимают импульсное напряжение большей амплитуды. КПД преобразования составляет не менее 85%.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в электронных приборах различного типа с катодами, работающими в режиме автоэмиссии. Изобретение позволяет создать источник электронов, обеспечивающий возможность высокой токоотдачи. Источник электронов содержит пьезокерамический резонатор с двумя управляющими электродами, подключенными к источнику входного напряжения. Внутри пластины расположен остийный эмиттер, острие которого размещено в выемке. Части резонатора под управляющими электродами поляризованы навстречу друг другу. Наружный слой резонатора под одним из управляющих электродов поляризован навстречу направлению поляризации этой части резонатора. Участок резонатора поляризован вдоль поверхности выемки от остийного эмиттера к краю выемки, а зона вокруг этого участка поляризована встречно относительно направления поляризации частей резонатора. 2 ил.

Источник электронов с автоэлектронной эмиссией, содержащий остийный эмиттер и пьезокерамический резонатор-пластину с двумя управляющими электродами, установленными у одного из торцов, и с выемкой на другом торце, а остийный эмиттер установлен в упомянутой выемке, отличающийся тем, что остийный эмиттер выполнен в виде стержня, расположенного на продольной оси симметрии резонатора, части которого в области размещения электродов поляризованы навстречу друг другу, наружный слой одной из частей резонатора, прилегающий к управляющему электроду, поляризован навстречу направлению поляризации этой части резонатора, участок резонатора, прилегающий к поверхности выемки, поляризован вдоль этой поверхности от остийного эмиттера к краю выемки, зона резонатора вокруг упомянутого участка поляризована встречно направлению поляризации частей резонатора.