источник электронов с автоэлектронной эмиссией

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 S, где S - 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%.