электронно-лучевые приборы. «Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы» по ЛБ. Электроннолучевые и фотоэлектронные приборы
 Скачать 401 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» * * * Кафедра «Электронные приборы» ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ И ФОТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ к лабораторным работам по дисциплине «Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы» Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 – «Электроника и наноэлектроника», профиль «Нанотехнологии в электронике» Квалификация выпускника бакалавр Форма обучения – очная, заочная Составитель: Т. Л. Кодзасова Допущено редакционно-издательским советом Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета)  В  ЛАДИКАВКАЗ 2019УДК 621.385 ББК 32.851.1 К57 Рецензент: доктор технических наук, профессор, Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) Мустафаев Г.А. К 57 Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы [Электронный ресурс]: Учебно- методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине «Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 – «Электроника и наноэлектроника», профиль «Нанотехнологии в электронике». Квалификация выпускника бакалавр. Форма обучения – очная, заочная / Сост.: Т. Л. Кодзасова; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). – Электрон. текст. дан. (398 КБ). – Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), 2019. Режим доступа: http://www.skgmi-gtu.ru/ru-ru/lib/resources/e-catalogues/ctl/DetailPublicationView/mid/3869?catalogID=4&publicationID=5da6c287bc1f55771071cc63 Загл. с титул. экрана. Учебно-методическое пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине «Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы для обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 Электроника и наноэлектроника. Учебно-методическое пособие отражает общие требования к выполнению лабораторных работ, составлению отчетов, к их содержанию, оформлению и защите. Подготовлено кафедрой «Электронные приборы» © Составление. ФГБОУ ВО СКГМИ (ГТУ), 2019 ©  Т. Л. Кодзасова с  оставление, 2019Учебное электронное издание Выпущено в авторской редакции, пунктуации и орфографии Компьютерная верстка: Т. Л. Кодзасова Для создания электронного издания использованы: MicrosoftOfficeWord 2007 Подписано к использованию: 12.04.2019 Объем: 398 КБ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44 Кафедра «Электронные приборы» Содержание
Лабораторная работа № 1 Исследование электростатических линз методом моделирования потенциальных полей на электропроводной бумаге Цель работы: исследование полей электростатических линз методом моделирования потенциальных полей на электропроводной бумаге методом электродинамических аналогий (ЭГДА) и измерение методом построения траекторий электронов по имеющейся картине поля (исследуется 4 типа линз по указанию преподавателя). Исследование электростатических полей Общие теоретические положения Во всех устройствах фокусировки и отклонения электронных пучков управление потоком электронов осуществляется электрическими и магнитными полями. Если поле зависит только от пространственных координат и не зависит от времени, то оно называется статическим. В том случае когда поля изменяются во времени достаточно медленно по сравнению с временем пролета заряженных частиц в приборе, то его можно рассматривать как квазистатическое. В электроннолучевых приборах почти во всех случаях фокусировки и отклонения электронных пучков имеют дело со статическими или квазистатическими полями. Исключение составляют только специальные высокоскоростные осциллографические трубки, в которых отклоняющие поля нельзя считать квазистатическими полями. Электростатическое поле полностью задается вектором напряженности или потенциалом. Графически электростатическое поле можно наглядно представить в виде системы эквипотенциальных поверхностей отвечающих различному уровню потенциала. Помимо этого графически электростатическое поле может быть изображено с помощью линий вектора, которые перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям. Если во всех точках поля вектор напряженности постоянен, то такое поле называется однородным. Примером однородного поля является поле между пластинами плоского конденсатора при пренебрежении краевыми эффектами. Однородные поля широко применяются при отклонении электронных пучков, однако, они не способны фокусировать электронные пучки давать электронные изображения. Для этих целей в электроннолучевых приборах используют неоднородные поля, которые, как правило, обладают определенной симметрией. Симметрия электрического поля зависит как от симметрии электродов, создающих поле, так и от величины и знака потенциалов на электродах, то есть определяется геометрической и электрической симметрией электринно-оптической системы. В электростатической электронной оптике хорошо изучены и чаще всего применяются два вида симметричных полей с плоской и осевой симметрией. Построение изображения в электронных линзах Цель расчета любой электронной линзы заключается прежде всего в получении данных, по которым можно было построить изображение, создаваемое этой линзой. В световой оптике доказывается, что свойства оптических линз при работе с параксиальными лучами полностью характеризуются положением некоторых характерных точек и плоскостей, которые носят название кардинальные точки и плоскости. Если положение этих кардинальных элементов известно, то построение изображения значительно упрощается, в частности оно может быть выполнено без рассмотрения действительного хода лучей внутри оптической линзы. Рассмотрим оптическую линзу, которая граничит с областями, имеющими показатели преломления n1 и n2. Слева к линзе примыкает предметное пространство, справа пространство изображения. Пусть слева на линзу падает пучок лучей параллельных оптической оси. В пространстве изображения этот пучок соберется в точке Fz – фокусе пространства изображения. Аналогично пучок лучей параллельных оптической оси, падающих на линзу справа, соберется в точке F1 – фокусе предметного пространства. Перпендикулярные к оптической оси плоскости, проходящие через F1 и F2 фокальными плоскостями. В световой оптике доказывается, что каждой оптической линзе соответствуют две плоскости h1 и h2, обладающие следующими свойствами: луч abcd, проходящий из предметного пространства в пространство изображения, преломляется так, что продолжение его прямолинейных участков ab и cd пересекают плоскости h1 и h2 в точках n и m, однако, удаленных от оптической оси. Это свойство позволяет определить положение плоскостей h1 и h2 , которые называются главными плоскостями линзы. Для этого необходимо знать ход двух лучей – одного, параллельного оси в предметном пространстве, другого – в пространстве изображения. Расстояние от главных плоскостей до соответствующих фокусов называют фокусными расстояниями. Задание Ознакомиться с устройством и принципом действия ЭГДА. Снять при помощи ЭГДА картину поля в той или иной электростатической линзе. По снятой картине поля построить графическую зависимость распределения потенциала вдоль оси линзы  .По полученному графику распределения потенциала вдоль оси приближенным методом рассчитать и построить траектории параксиальных электронов По снятой картине поля методом, указанным преподавателем построить траектории электронов и сравнить их с траекториями, построенными приближенным методом. Методика эксперимента Приступая к изготовлению модели на электропроводной бумаге необходимо выбрать масштаб. При этом следует учитывать, что очень малый масштаб может привести к очень высокой погрешности, вследствие неоднородности электропроводной бумаги, а также сложности точной реализации граничных условий. Практически целесообразно изготавливать модель площадью менее 200 см2. Моделируемая область, состоящая из среды, однородной по проводимости, вычерчивается непосредственно на электропроводной бумаге. Границы, на которых будут приклеены шины, вычерчиваются черным графитовым карандашом. Готовую модель помещают в рабочей части интегратора. Для реализации граничных условий используются наклеенные электропроводным клеем медные полоски. «0%», «100%» питающего устройства и, если необходимо, к соответствующим гнездам выходов потенциометров делителя напряжения. Перед началом работы необходимо: Переключатель на заданной стенке блока питающего устройства «ПУ» поставить в положение 220 В. Колодку сетевого шнура вставить в гнездо «сеть» 4 тумблера на панели ПУ поставить в положение «выкл.». Колодку соединительного шнура измерительного устройства вставить в гнездо ИУ. Гнездо «0%», «100%», «к делителю» соединить с соответствующими гнездами на блоке ПДН 10 гибкими перемычками. Рукоятку переключателя «масштаб шкалы ИУ» поставить в положение «0,1». Штепсель измерительной иглы вставить в гнездо «Игла на ИУ (острие иглы не должно соприкасаться с токонесущими деталями интегратора). Если потребуется подать потенциалы, отличные от «0%», «100%», то соответствующие точки на модели соединяются с помощью шин с гнездами-зажимами «выход потенциалов делителей». Верхние гнезда зажимы относятся к верхнему ряду потенциометров, нижние – к нижнему ряду, слева направо. На шкалах потенциометров устанавливаются необходимые значения потенциалов скачками первый знак (десяти процентов), который отсчитывается только по оцифрованным делениям от 0 до 9 включительно (эти деления окрашены черной краской). Указателем служит колонка, установленная на панели. С помощью рукоятки устанавливаются второй и третий знаки (единицы и десятые доли процентов), которые отсчитываются с помощью прозрачного указателя от 0 до 9 включительно. На измерительном устройстве включить нелинейный шунт (верхний тумблер слева на панели ИУ поставить в положение «Логарифмический шунт включен»), включить гальванометр, средний тумблер поставить в положение «Низкая чувствительность гальванометра». Шкалы декады и реохорда поставить в положение «0». При этом необходимо помнить, что ручку переключателя декад можно вращать в круговую, а ручка реохорда (справа на панели ИУ) только в пределах градуировки шкалы. Включить интегратор (поставить тумблер «сеть» в положение «вкл»). Измерительной иглой, слегка касаясь шины с потенциалом «0», проверить соответствие потенциала. Если стрелка гальванометра не отклоняется в сторону, то можно включить высокую чувствительность гальванометра (средний тумблер на ИУ поставить в положение «Высокая чувствительность гальванометра»). Несоответствие потенциала нулю можно скомпенсировать плавным вращением в одну или в другую сторону ручки «Регулятор 0%». Необходимо отметить, что отклонение стрелки гальванометра от нуля на 1-2 деления допустимы. Проверив соответствие нулю потенциала, необходимо приступить к проверке потенциала «100%». Для этого нужно отнять иглу от шины «0%», шкалу переключателя декад поставить на деление «9», а шкалу реохорда делением с цифрой 10 – против указателя. Переключить гальванометр на низкую чувствительность, прикоснуться иглой к шине – «100%» и отрегулировать потенциал с помощью потенциометра «Регулятор 100%». Далее необходимо перейти на высокую чувствительность гальванометра у установить потенциал более точно. После установки потенциалов «0%», «100%» на шинах модели можно произвести более точную подгонку промежуточных значений потенциалов на модели с делителя. Пример установки потенциала 28,5% Переключить питание на нужный блок ПДН - 10 тумблером на блоке ПУ справа и слева соответственно. Шкалу декад ИУ поставить на деление против цифры 2, шкалу реохорда поставить в положение 8,5. включить логарифмический шунт гальванометра. Шкалу соответствующего потенциометра поставить цифрой 2 против указателя на панели, ручку реохорда поставить указателем в положение 8,5 на той же шкале. Измерительной иглой прикоснуться к точке на модели, где должен быть потенциал 28,5%. Если стрелка гальванометра отклоняется в ту или иную сторону, то плавным вращением ручки реохорда потенциометра добиться полной компенсации. После реализации и проверки граничных условий можно перейти к нахождению эквипотенциальных точек внутри поля моделируемой области. Содержание отчета Отчет должен содержать: Схему испытаний. Полную картину поля заданной электростатической линзы с траекториями электронов, построенные графоаналитическим методом. Графики зависимости  для данной линзы.Таблицы расчета траектории параксиальных электронов и график зависимости  .Контрольные вопросы Движение электронов в электрическом и магнитных полях. Оптико-механическая аналогия. Сила Лоренца. Уравнение движения электронов. Уравнение траектории электрона. Уравнение Лапласа. Оптический закон преломления. Принцип Ферма. Короткая магнитная линза. Длинная магнитная линза. Движение электрона в однородном электрическом поле. Движение электрона в неоднородном электрическом поле. Угловая скорость движения электрона. Движение электрона в однородном магнитном поле. Уравнение движения электронов в декартовой системе координат. Список используемых источников 1. Щука, А. А. Наноэлектроника .— М.: Бином, 2012 .— 342 с. 2. Киреев В, Столяров А. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы .— М.: Техносфера, 2006 .— 191 с. 3. Гусев, А. И. Наноматериалы. Наноструктуры. Нанотехнологии. М.: ФИЗМАЛИТ, 2007.415 с. 4. Щука А.А., Электроника [Электр. ресурс] Часть 2. Микроэлектроника: учебник для академ.бакалавр.- М.: Юрайт, 2016 – 326 с. ЭБС «Юрайт». Лабораторная работа № 2 Исследование осциллографической электронно-лучевой трубки Данная лабораторная работа содержит краткое теоретическое описание осциллографической электронно-лучевой трубки, методов ее исследования и полностью отвечает требованиям, изложенным в учебной программе по курсу "Электронно-лучевые и фотоэлектронные приборы". Выполнение студентами данной лабораторной работы будет способствовать закреплению теоретических знаний в области электроннолучевых трубок. |