УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ АВТОЭМИССИИ Российский патент 2023 года по МПК H01J19/24 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при исследовании и производстве автоэмиссионных катодов и электронных приборов на их основе.

Известно устройство для стабилизации тока автоэмиссионного источника [Авторское свидетельство СССР 594540]. Устройство снабжено пьезоэлементом, жестко связанным с управляющим электродом, обкладки пьезоэлемента подключены на выход блока управления. Отклонение автоэмиссионного тока от заданного рабочего значения с помощью введения обратной связи по току компенсируется изменением межэлектродного промежутка подачей соответствующего по знаку напряжения на пьезоэлектрический элемент. С помощью этого элемента осуществляют установку микронного межэлектродного зазора. К недостаткам устройства можно отнести относительно сложную конструкцию с подвижными элементами, что приводит к низкой надежности, а также инерционность подвижных деталей, что значительно снижает быстродействие регулирования и делает невозможным предотвращение развития лавинообразного нарастания тока, характерного для физической природы автоэмиссионных процессов [М.И. Елинсон, Г.Ф. Васильев Автоэлектронная эмиссия, М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. 274 с.].

Техническим результатом изобретения является расширение возможностей исследования свойств разнообразных конструкций автоэмиссионных катодов из различных материалов, постоянство токоотбора с автоэлектронных эмиттеров и повышение долговечности благодаря стабилизации их теплового состояния.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран автоэмиссионный катод с дополнительным сопротивлением, включенным последовательно с острием [Патент РФ 2187860], что способствует стабилизации тока. Однако для исследования свойств автоэмиссионных ячеек требуется большая стабильность тока и более широкие возможности управления током автоэмиссии.

Задачей изобретения является получение высокой степени стабилизации тока и возможность высокоскоростного управления током автоэмиссии с возможностью формирования микросекундных импульсов.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в автоэмиссионный катод с дополнительным сопротивлением (резистором) вместо резистора включен транзисторный стабилизатор тока, содержащий высоковольтный транзистор, источник опорного напряжения, первый и второй резисторы. Источник опорного напряжения соединен с общей шиной источника питания, и через первый резистор с затвором высоковольтного транзистора, а второй резистор включен между истоком (эмиттером) транзистора и общей шиной источника питания (Фиг. 1). Данное схемотехническое решение позволяет получить высокую стабильность автоэмиссионного тока, величина которого определяется опорным напряжением, пороговым напряжением затвора транзистора и сопротивлением второго резистора.

Кроме того, предложенное устройство управления током автоэмиссии отличается тем, что позволяет обеспечить высокоскоростное управление током эмиссии электрическими сигналами из вне рассматриваемого устройства, для чего в него необходимо ввести второй транзистор между истоком высоковольтного транзистора и вторым резистором и диод, катод которого соединен с затвором высоковольтного транзистора, а анод соединен с общей точкой транзисторов (Фиг. 2). Затвор второго транзистора является входом управления. Данное схемотехническое решение позволяет не только стабилизировать ток на заданном уровне, но и регулировать величину стабилизируемого тока импульсными или непрерывными сигналами, поступающими из вне рассматриваемой схемы, что актуально при проведении экспериментальных исследовательских работ в области изучения явления автоэмиссии электронов.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: расширение возможностей исследования свойств разнообразных конструкций автоэмиссионных катодов из разных материалов достигается за счет высокой стабильности тока эмиссии при использовании транзисторного стабилизатора тока.

Возможность высокоскоростного управления током автоэмиссии из вне устройства с возможностью формирования микросекундных импульсов достигается за счет введения второго транзистора, с помощью которого изменяют сопротивление в цепи истока высоковольтного транзистора и тем самым изменяют ток эмиссии.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами. На фиг. 1 представлена схема стабилизации тока эмиссии, на фиг. 2 - схема устройства управления током автоэмиссии. Позициями на чертежах обозначены:

1 - высоковольтный источник питания;

2 - автоэмиссионная ячейка;

3 - острие;

4 - высоковольтный транзистор;

5 - источник опорного напряжения;

6 - первый резистор;

7 - второй резистор;

8 - второй транзистор;

9 - диод.

Предложенное устройство управления током автоэмиссии работает следующим образом.

Сначала включают высоковольтный источник питания 1 (Фиг. 1). Высоковольтный транзистор 4 при этом заперт, т.к. напряжение на затворе равно нулю. Если напряжения достаточно для возникновения автоэмиссии, то ток через автоэмиссионную ячейку 2 равен начальному току стока высоковольтного транзистора, который определяется техническими характеристиками применяемого транзистора, обычно это микроамперы. При включении опорного напряжения ток возрастает. Скорость роста тока определяется постоянной времени R1Cп, где

R1 - сопротивление первого резистора 6;

Сп - паразитная емкость затвора на общую шину источника питания.

За счет действия транзисторного стабилизатора тока ток эмиссии устанавливается на уровне Iэ=(Uоп-Uп)/R2, где

Iэ - ток автоэмиссии;

Uоп - опорное напряжение порядка 10 В;

Uп - пороговое напряжение затвора транзистора (обычно от 2 В до 6 В);

R2 - сопротивление второго резистора 7.

Ток эмиссии можно регулировать, изменяя величину R2. Для высокоскоростного управления током эмиссии в цепь истока (эмиттера) высоковольтного транзистора (Фиг. 2) введен второй транзистор, который может быть низковольтным, т.к. напряжение на нем не превышает опорное напряжение.

Диод 9 введен в схему для защиты от возможных перенапряжений в переходном процессе при импульсном управлении током автоэмиссии.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 594540, МПК H01J 1/304. Устройство для стабилизации тока автоэмиссионного источника / Васин В.А., Запорожченко В.И., Раховский В.И.; опубл. 25.02.1978.

2. М.И. Елинсон, Г.Ф. Васильев Автоэлектронная эмиссия, М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. 274 с.

3. Патент РФ 2187860, МПК H01J 1/30, H01J 19/24. Автоэмиссионный катод и электронный прибор на его основе / Галдецкий А.В., Мухуров Н.И.; опубл. 20.08.2002.

Изобретение относится к области электронной техники. Технический результат - упрощение исследования вольт-амперных характеристик автоэмиссионных катодов, обеспечение постоянства токоотбора с автоэмиттеров, стабильность теплового состояния и увеличение долговечности автоэмиттеров. Устройство управления током автоэмиссии содержит высоковольтный источник питания, автоэмиссионную ячейку с острием, последовательно с которым соединен транзисторный стабилизатор тока, содержащий высоковольтный транзистор, источник опорного напряжения, первый и второй резисторы. Источник опорного напряжения включен между общей шиной источника питания и затвором транзистора через первый резистор, а второй резистор включен между истоком транзистора и общей шиной источника питания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство управления током автоэмиссии, содержащее высоковольтный источник питания, автоэмиссионную ячейку с острием, отличающееся тем, что последовательно с острием включен транзисторный стабилизатор тока, содержащий высоковольтный транзистор, источник опорного напряжения, первый и второй резисторы, источник опорного напряжения включен между общей шиной источника питания и затвором транзистора через первый резистор, а второй резистор включен между истоком транзистора и общей шиной источника питания.

2. Устройство управления током автоэмиссии по п. 1, отличающееся тем, что в него введены второй транзистор между истоком высоковольтного транзистора и вторым резистором и диод, катод которого соединен с затвором высоковольтного транзистора, а анод соединен с общей точкой транзисторов, затвор второго транзистора является входом управления током автоэмиссии электрическими сигналами извне устройства.