RU2316844C1 - Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp - Google Patents
Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp Download PDFInfo
- Publication number
- RU2316844C1 RU2316844C1 RU2006116418/28A RU2006116418A RU2316844C1 RU 2316844 C1 RU2316844 C1 RU 2316844C1 RU 2006116418/28 A RU2006116418/28 A RU 2006116418/28A RU 2006116418 A RU2006116418 A RU 2006116418A RU 2316844 C1 RU2316844 C1 RU 2316844C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- field
- lamp
- emission
- field emission
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J63/00—Cathode-ray or electron-stream lamps
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J19/00—Details of vacuum tubes of the types covered by group H01J21/00
- H01J19/02—Electron-emitting electrodes; Cathodes
- H01J19/24—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J21/00—Vacuum tubes
- H01J21/02—Tubes with a single discharge path
- H01J21/06—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only
- H01J21/10—Tubes with a single discharge path having electrostatic control means only with one or more immovable internal control electrodes, e.g. triode, pentode, octode
Abstract
Description
Изобретение относится к области электроники, а именно к вакуумным триодам, позволяющим коммутировать большие токи малыми напряжениями и использующим полевые (холодные) катоды. Оно может применяться в элементах функциональной электроники: усилителях, генераторах, формирователях коротких высоковольтных импульсов и т.д. Элементы функциональной электроники на основе этого устройства найдут применение в бытовой технике, автомобилестроении, плазмохимии, энергетике, авиационной, ракетной технике и т.д.The invention relates to the field of electronics, namely to vacuum triodes, which allow switching high currents with low voltages and using field (cold) cathodes. It can be used in elements of functional electronics: amplifiers, generators, shapers of short high-voltage pulses, etc. Elements of functional electronics based on this device will find application in household appliances, automotive, plasma chemistry, energy, aviation, rocket technology, etc.
Известен способ управления автоэмиссионным током лампы с помощью управляющей сетки. Известен вакуумный триод [1], управляемый на основе этого способа, который содержит анод, микроострийный автоэмиссионный катод и управляющую сетку. Использование управляющей сетки для коммутации автоэлектронной эмиссии имеет такие недостатки как паразитный сеточный ток, невозможность использования запирающего напряжения, что приводит к паразитной эмиссии электронов с поверхности сетки.A known method of controlling field emission current of a lamp using a control grid. Known vacuum triode [1], controlled on the basis of this method, which contains an anode, a micro-tip field emission cathode and a control grid. The use of a control grid for switching field emission has such disadvantages as spurious grid current, the inability to use a blocking voltage, which leads to spurious emission of electrons from the surface of the grid.
В автоэмиссионном триоде [2] используют катод, выполненный в виде нанокристаллического алмазного эмиттера, имеющего порог эмиссии порядка 2-6 В/мкм, вследствие чего получают запирающее напряжение белее чем на порядок меньше, чем в [1]; меньше и отпирающее напряжение. Поэтому паразитный ток автоэмиссии между сеткой и анодом при запирающем напряжении значительно уменьшается. Уменьшается и перехват электронов при отпирающем напряжении. Необходимо отметить, что обычные электронные лампы могут работать в усилительном режиме при отрицательных напряжениях на управляющей сетке; при этом их входное сопротивление очень велико - порядка сотен кОм и более. Автоэмиссионные лампы при отрицательных напряжениях запираются. В усилительном режиме автоэмиссионные лампы имеют положительный потенциал на управляющей сетке и, следовательно, имеют сеточный ток. Поэтому их входное сопротивление меньше, чем у обычной лампы, что является недостатком. Другой недостаток автоэмиссионных ламп связан с тем, что расстояние между катодом и управляющей сеткой на порядки меньше, чем у обычных ламп, при сопоставимых напряжениях, а их входная емкость значительно больше, что ухудшает их частотные свойства. Недостатком также является отсутствие гальванической развязки между входом и выходом, что приводит к возникновению паразитных обратных связей.In the field emission triode [2], a cathode made in the form of a nanocrystalline diamond emitter having an emission threshold of the order of 2-6 V / μm is used, as a result of which a blocking voltage is obtained which is whiter than an order of magnitude less than in [1]; less and unlocking voltage. Therefore, the stray current of field emission between the grid and the anode at a blocking voltage is significantly reduced. The interception of electrons at the unlocking voltage is also reduced. It should be noted that conventional electronic lamps can operate in amplifying mode at negative voltages on the control grid; at the same time, their input resistance is very large - of the order of hundreds of ohms or more. Field emission lamps are locked at negative voltages. In the amplifying mode, field emission lamps have a positive potential on the control grid and, therefore, have a grid current. Therefore, their input impedance is less than that of a conventional lamp, which is a drawback. Another drawback of field-emission lamps is that the distance between the cathode and the control grid is orders of magnitude smaller than that of conventional lamps at comparable voltages, and their input capacitance is much larger, which degrades their frequency properties. The disadvantage is the lack of galvanic isolation between the input and output, which leads to spurious feedback.
Указанные недостатки усложняют управление автоэмиссионной лампой и уменьшают надежность ее работы, увеличивают входную мощность и соответственно уменьшают КПД.These shortcomings complicate the management of the field emission lamp and reduce the reliability of its operation, increase the input power and, accordingly, reduce the efficiency.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - создание способа управления автоэмиссионным током лампы и лампы, сочетающей в себе достоинства как транзистора, так и традиционной электронной лампы, а именно: высокое входное и низкое выходное сопротивление, широкий диапазон частот, высокий коэффициент усиления, широкий диапазон мощностей, широкий диапазон напряжений и токов, отсутствие накала, небольшие габариты.The problem solved by the invention is the creation of a method for controlling the field emission current of a lamp and a lamp, combining the advantages of both a transistor and a traditional electronic lamp, namely: high input and low output impedance, wide frequency range, high gain, wide power range , a wide range of voltages and currents, lack of glow, small dimensions.
Технический результат заключается в повышении надежности управления работой лампы за счет гальванической развязки входных цепей управления и выходных цепей автоэмиссионной лампы, повышении коэффициентов усиления по мощности, напряжению и току, увеличении допустимого диапазона напряжений, токов и мощностей.The technical result consists in increasing the reliability of controlling the operation of the lamp due to the galvanic isolation of the input control circuits and output circuits of the field emission lamp, increasing the gain in power, voltage and current, increasing the allowable range of voltages, currents and powers.
Указанный результат достигается тем, что в предложенном способе управления автоэмиссионным током лампы изменяют величину поля около катода путем изменения расстояния между катодом и анодом.This result is achieved by the fact that in the proposed method for controlling the field emission current of the lamp, the field value near the cathode is changed by changing the distance between the cathode and the anode.
Указанный результат достигается также тем, что в автоэмиссионной лампе, содержащей анод и автоэмиссионный катод, расположенные друг относительно друга на небольшом расстоянии, автоэмиссионный катод выполнен в виде многоострийного источника электронов, представляющего собой поверхность с регулярными микронными выступами, имеющими удельное омическое сопротивление на несколько порядков выше удельного сопротивления металлов, и установлен на элементе, изменяющем геометрические размеры под действием подведенной энергии.The indicated result is also achieved by the fact that in a field emission lamp containing an anode and field emission cathode located at a small distance relative to each other, the field emission cathode is made in the form of a multi-tip electron source, which is a surface with regular micron protrusions having a resistivity of several orders of magnitude higher resistivity of metals, and is mounted on an element that changes geometric dimensions under the action of the supplied energy.
Таким элементом может быть пьезоэлемент, электрострикционный или магнитострикционный элемент.Such an element may be a piezoelectric element, electrostrictive or magnetostrictive element.
Управление током лампы основано на изменении расстояния между катодом и анодом, которое осуществляется посредством обратного пьезоэффекта, электрострикции или магнитострикции. В соответствии с функциональным назначением лампы меняется изначальное расстояние между анодом и катодом, материал и геометрия стрикционного элемента, удельное сопротивление и работа выхода микронных выступов. Источником энергии является промышленная сеть 220...380 В как переменного, так и постоянного тока. Возможна работа предлагаемого устройства при более низком и более высоком питающем напряжении.The lamp current control is based on a change in the distance between the cathode and the anode, which is carried out by means of the inverse piezoelectric effect, electrostriction, or magnetostriction. In accordance with the functional purpose of the lamp, the initial distance between the anode and cathode, the material and geometry of the striction element, the resistivity and the work function of the micron protrusions change. The energy source is an industrial network of 220 ... 380 V of both alternating and direct current. Possible operation of the proposed device at a lower and higher supply voltage.
Учитывая экспоненциальную зависимость тока автоэлектронной эмиссии катода от поля, а следовательно, и от расстояния между катодом и анодом, стрикционное управление может быть очень эффективным. На фиг.1, 2, 3, 4 показана зависимость автоэмиссионного тока лампы от расстояния между анодом и катодом при напряжении 300 В и 30000 В и двух значениях работы выхода - 1 эВ и 4.8 эВ, рассчитанная по формуле:Given the exponential dependence of the cathode field emission current on the field, and hence on the distance between the cathode and the anode, striction control can be very effective. Figure 1, 2, 3, 4 shows the dependence of the field emission current of the lamp on the distance between the anode and cathode at a voltage of 300 V and 30,000 V and two values of the work function - 1 eV and 4.8 eV, calculated by the formula:
где Е - поле между катодом и анодом в В/см,where E is the field between the cathode and the anode in V / cm,
Uпит - напряжение между анодом и катодом,U pit is the voltage between the anode and cathode,
d - расстояние между катодом и анодом в см,d is the distance between the cathode and the anode in cm,
φ - работа выхода в эВ.φ is the work function in eV.
На фиг.1 приведена зависимость плотности тока автоэлектронной эмиссии катода с работой выхода 1 эВ от расстояния анод-катод при напряжении питания 300 В, площадь катода 1 см2.Figure 1 shows the dependence of the current density of the field emission of the cathode with a work function of 1 eV on the distance of the anode-cathode at a supply voltage of 300 V, the cathode area is 1 cm 2 .
На фиг.2 приведена зависимость плотности тока автоэлектронной эмиссии катода с работой выхода 4.8 эВ от расстояния анод-катод при напряжении питания 300 В, площадь катода 1 см2.Figure 2 shows the dependence of the current density of field emission cathode with a work function of 4.8 eV from the anode-cathode distances at a supply voltage of 300 V, the cathode area of 1 cm 2.
На фиг.3 приведена зависимость плотности тока автоэлектронной эмиссии катода с работой выхода 1 эВ от расстояния анод-катод при напряжении питания 30000 В, площадь катода 1 см2.Figure 3 shows the dependence of the current density of the field emission of the cathode with the work function of 1 eV on the distance of the anode-cathode at a supply voltage of 30,000 V, the cathode area is 1 cm 2 .
На фиг.4 приведена зависимость плотности тока автоэлектронной эмиссии катода с работой выхода 4.8 эВ от расстояния анод-катод при напряжении питания 30000 В, площадь катода 1 см2.Figure 4 shows the dependence of the current density of field emission cathode with a work function of 4.8 eV from the anode-cathode distances at a supply voltage of 30,000 V, cathode area of 1 cm 2.
Расчет кривых на фиг.1,..., 4 производился при коэффициенте увеличения поля на остриях выступов μ=1.5. Столь низкое увеличение поля на остриях происходит при регулярной структуре выступов из-за влияния взаимной экранировки [3, 4]. Этому же способствует расстояние между катодом и анодом, сравнимое с расстоянием между выступами [4].The calculation of the curves in Figs. 1, ..., 4 was carried out at a field enlargement coefficient at the tips of the protrusions μ = 1.5. Such a low increase in the field at the tips occurs with a regular structure of the protrusions due to the influence of mutual screening [3, 4]. This is also facilitated by the distance between the cathode and the anode, comparable with the distance between the protrusions [4].
Высокое удельное сопротивление и относительно низкая плотность тока выступов работает как обратная связь, защищающая лампу от взрывной эмиссии. Известно, что взрывная эмиссия (и соответственно пробой) наступает при плотности тока [4]. Расчетная рабочая плотность тока .The high resistivity and relatively low current density of the protrusions works as feedback, protecting the lamp from explosive emissions. It is known that explosive emission (and, accordingly, breakdown) occurs at a current density [four]. Estimated Operating Current Density .
При нарушении расчетных условий работы для какого-либо выступа, определяемых выражением (1), например, при хемосорбции или усилении флюктуации в ионной бомбардировке, выступ плавится, под действием поля растет острие. При этом плотность тока через выступ резко увеличивается. В результате увеличивается падение напряжения на выступе, а на вакуумном промежутке падение напряжения для данного выступа уменьшается, что при экспоненциальной зависимости плотности тока от поля приводит к стабилизации плотности тока для данного выступа. Из этого условия находится удельное сопротивление и соответственно материал выступа в соответствии с формулой:If the calculated working conditions for any protrusion determined by expression (1) are violated, for example, during chemisorption or increased fluctuations in ion bombardment, the protrusion melts, and the tip grows under the influence of the field. In this case, the current density through the protrusion increases sharply. As a result, the voltage drop across the protrusion increases, and in the vacuum gap, the voltage drop for a given protrusion decreases, which, when the current density depends on the field exponentially, leads to stabilization of the current density for this protrusion. From this condition, we find the resistivity and, accordingly, the protrusion material in accordance with the formula:
Здесь Uпит - напряжение катод-анод, ρ - удельное сопротивление выступа, h - высота выступа, S - площадь катода, j - плотность эмиссионного тока. Выступы с высоким удельным сопротивлением создаются на проводящей подложке термодиффузией и последующей электроэрозивной или лазерной обработкой. Сопротивление всех выступов складывается из параллельного их соединения, что при их микронной толщине и количестве 105-6 на см2 выражается величиной на несколько порядков меньше 1 Ома.Here U pit is the cathode-anode voltage, ρ is the protrusion resistivity, h is the protrusion height, S is the cathode area, j is the density of the emission current. Protrusions with high resistivity are created on the conductive substrate by thermal diffusion and subsequent electroerosive or laser treatment. The resistance of all the protrusions is made up of their parallel connection, which, with their micron thickness and amount of 10 5-6 per cm 2, is expressed by a value of several orders of magnitude less than 1 Ohm.
На фиг.5 показана вольтамперная характеристика лампы с автоэмиссионным катодом, у которого работа выхода 2.49 эВ, площадь катода 1 см2, коэффициент увеличения поля на остриях 1.5, и рабочая точка 80 А и 410 В.Figure 5 shows the current-voltage characteristic of a lamp with a field-emission cathode, in which the work function is 2.49 eV, the cathode area is 1 cm 2 , the field magnification factor on the tips is 1.5, and the operating point is 80 A and 410 V.
На фиг.6 показана вольтамперная характеристика лампы с автоэмиссионным катодом, у которого работа выхода 2.49 эВ, площадь катода 1 см2, коэффициент увеличения поля на остриях 1.5, и рабочая точка 7.5 А и 1500 В.Figure 6 shows the current-voltage characteristic of a lamp with a field-emission cathode, in which the work function is 2.49 eV, the cathode area is 1 cm 2 , the field magnification factor on the tips is 1.5, and the operating point is 7.5 A and 1500 V.
Из характеристик видно, что можно значительно менять как ток, так и напряжение с линейностью в несколько процентов.From the characteristics it can be seen that both current and voltage can be significantly changed with a linearity of several percent.
В нелинейном режиме эффективно использование лампы по формированию более коротких фронтов импульсов.In nonlinear mode, it is efficient to use a lamp to form shorter pulse fronts.
На фиг.7, 8, 9, 10 схематично показаны автоэмиссионные лампы, имеющие разные элементы, меняющие свои геометрические размеры под действием подведенной энергии. Площадь автоэмиссионного катода 1 см2.7, 8, 9, 10 schematically shows field emission lamps having different elements, changing their geometric dimensions under the action of the supplied energy. The area of the field emission cathode is 1 cm 2 .
На фиг.7 показана схема широкополосной автоэмиссионной лампы с пьезоэлементами или электрострикционными управляющими элементами.7 shows a diagram of a broadband field emission lamp with piezoelectric elements or electrostrictive control elements.
Лампа содержит металлический корпус 1, имеющий деформируемую проводящую часть 2 с закрепленным на ней автоэмиссионным катодом 3. В корпус для изоляции анода 4 и управляющего электрода 5, впрессованы изоляторы 6, 7; анод расположен напротив катода, между ними подано напряжение питания. Изоляция обеспечивает необходимый вакуум между катодом и анодом. Управляющий электрод расположен между пьезоэлементами 8 и отделен от корпуса 1 изолятором 7. Зажимаются пьезоэлементы пробкой 9. Автоэмиссионный катод 3 выполнен в виде многоострийного источника электронов. Он представляет собой поверхность с регулярными микронными выступами, имеющими удельное омическое сопротивление, рассчитанное по формуле (2) и которое на 2-4 порядка выше удельного сопротивления металлов. Поверхность установлена на деформируемой проводящей части 2 корпуса 1, который может изменять ее геометрическое положение.The lamp contains a
Количество пьезоэлементов 8 и их толщина определяются допустимыми пробойными полями, частотными свойствами, допустимыми управляющими напряжениями и напряжением питания лампы.The number of
Лампа работает следующим образом. На управляющий электрод 5 относительно заземленного корпуса 1 подается входной сигнал управления, который изменяет геометрические размеры пьезоэлементов 8 в соответствии выражениемThe lamp operates as follows. An input control signal is supplied to the
Здесь l - длина пьезоэлементов,Here l is the length of the piezoelectric elements,
d33 - пьезоэлектрический модуль для продольного пьезоэффекта,d 33 - buzzer module for longitudinal piezoelectric effect,
Епьезо - величина поля внутри пьезоэлемента.E piezo - the magnitude of the field inside the piezoelectric element.
С учетом того, что Δl<<l, поле внутри пьезоэлемента определится входным напряжением.Given that Δl << l, the field inside the piezoelectric element is determined by the input voltage.
В результате изменения геометрических размеров пьезоэлементов, в зависимости от величины входного напряжения сместится деформируемая часть 2 корпуса 1, изменяя расстояние между катодом 3 и анодом 4. В соответствии с формулой (1) будет изменяться ток через лампу. Рабочая точка А (фиг.5, 6) на нагрузочной прямой при заданном питании определяется начальным расстоянием между катодом 3 и анодом 4. Из фиг.5, 6 видно, что при условии, когда изменения расстояния между катодом и анодом малы по сравнению с первоначальным расстоянием между ними, зависимость между выходным током и входным напряжением близка к линейной.As a result of changing the geometric dimensions of the piezoelectric elements, depending on the magnitude of the input voltage, the
Лампы на пьезоэлементах или стрикционных элементах характеризуются большим коэффициентом усиления по току и мощности.Lamps on piezoelectric elements or striction elements are characterized by a large gain in current and power.
Ширина полосы определяется пьезоэлементами 8. Как правило, они линейны, т.е. воспроизводят по форме управляющий электрический сигнал. Однако при решении некоторых задач выгоднее использовать электрострикционные элементы, у которых зависимость изменения геометрических размеров пропорциональна квадрату поля.The width of the strip is determined by the
На фиг.8 изображена резонансная автоэмиссионная лампа.On Fig depicts a resonant field emission lamp.
Конструктивное отличие этой лампы заключается в наличии дополнительного элемента конструкции - концентратора 10, рассчитываемого по стандартной методике и расположенного между деформируемой проводящей частью 2 корпуса 1 и пьезоэлементами 8.The structural difference of this lamp is the presence of an additional structural element - a
Лампа работает на резонансной частоте, которая определяется геометрическими размерами пьезоэлементов 8 и концентратора 10. На вход лампы (управляющий электрод 5 относительно корпуса 1) подается напряжение переменной частоты (равной резонансной или близкой к ней) в зависимости от добротности системы из пьезоэлементов 8 и концентратора 10. Деформируемая проводящая часть 2 корпуса 1 под действием концентратора 10 будет колебаться с подаваемой на вход частотой, приближая и удаляя катод 3 к аноду 4. В резонансном режиме перемещения катода 3 являются максимальными, что позволит в нелинейном режиме формировать крутые фронты выходных импульсов.The lamp operates at a resonant frequency, which is determined by the geometric dimensions of the
Из формулы (1) видно, что через лампу будет проходить резонансный ток в линейном режиме, т.е. при малых перемещениях, или импульсный ток в нелинейном режиме, т.е. при больших перемещениях управляющего электрода. Резонансная лампа имеет большой коэффициент усиления по току, напряжению и мощности.It can be seen from formula (1) that the resonant current in the linear mode will pass through the lamp, i.e. at small displacements, or pulsed current in a nonlinear mode, i.e. with large movements of the control electrode. The resonant lamp has a large gain in current, voltage and power.
На фиг.9 изображена магнитострикционная лампа, в которой вместо электрострикционного элемента или пьезоэлемента используют магнитострикционный элемент. Лампы на магнитострикционных элементах имеют большой коэффициент усиления по напряжению.Figure 9 shows a magnetostrictive lamp in which a magnetostrictive element is used instead of an electrostrictive element or a piezoelectric element. Lamps on magnetostrictive elements have a large voltage gain.
Конструктивно лампа содержит металлический корпус 1, имеющий деформируемую часть 2 с закрепленным на ней автоэмиссионным катодом 3. В корпус 1 для изоляции анода 4 и управляющего электрода 5 впрессованы изоляторы 6, 7; анод 4 расположен напротив катода 3. Между катодом 3 и анодом 4 подается напряжение питания. Изолятор 6 обеспечивает необходимый вакуум между катодом 3 и анодом 4. Управляющий электрод 5 соединен с витками 8 управляющей катушки 9, в которой находится магнитострикционный элемент 10. Один из управляющих электродов может быть заземлен. Катушка 9 с магнитострикционным элементом 10 зажимается пробкой 11.Structurally, the lamp comprises a
Лампа работает следующим образом. На управляющие электроды 5 управляющей катушки 9 подается входное напряжение. Протекающий по ней ток создает магнитное поле, под действием которого размеры магнитострикционного элемента 10 увеличиваются, смещая деформируемую часть 2 корпуса 1. Тем самым изменяется расстояние между катодом 3 и анодом 4, вызывая согласно с (1) изменение тока.The lamp operates as follows. An input voltage is applied to the
Для работы с напряжением в десятки и сотни киловольт предполагается использовать несколько расстояний (зазоров) между катодом и анодом.To work with voltages of tens and hundreds of kilovolts, it is proposed to use several distances (gaps) between the cathode and anode.
Последовательное соединение нескольких зазоров, например двух (фиг.10), на деформируемой части 2 корпуса 1, позволит, не ухудшая параметров лампы, повышать напряжение.The series connection of several gaps, for example two (Fig. 10), on the
Лампа на фиг.10 с большим количеством зазоров содержит корпус 1, в который запрессованы изоляторы 2, 3. В изоляторе 2 закреплен анод 4. Соосно аноду расположен автоэмиссионный катод 5, который является частью корпуса 1 и на котором расположен многоострийный источник электронов 6. В изоляторе 3 закреплен управляющий электрод 7, расположенный между пьезоэлементами 8. Деформируемая часть 9 корпуса 1 изолирована изолятором 10 от проводящей подложки 11, параллельной катоду 5, на которой создан диффузией с последующей лазерной или электроэрозионной обработкой вспомогательный автоэмиссионный катод 12, представляющий собой многоострийный источник электронов, расположенный параллельно аноду 4.The lamp of FIG. 10 with a large number of gaps contains a
Концентратор 13, расположенный между деформируемой частью 9 корпуса 1 и пьезоэлементом 8, служит для увеличения колебаний деформируемой части 9 корпуса 1 при возникновении резонанса между частотой входного напряжения и резонансной частотой концентратора 13 и пьезоэлементов 8. Пьезоэлементы 8, концентратор 13 прижаты к деформируемой части 9 корпуса 1 пробкой 14. Напряжение питания подается на анод 4 относительно автоэмиссионного катода 5.The
Работает лампа следующим образом. При поступлении на управляющий электрод 7 входного напряжения возникающее электрическое поле изменяет геометрические размеры пьезоэлементов 8. При этом расстояние между автоэмиссионным катодом 5, вспомогательным катодом 12 и анодом 4 изменяется, что в соответствии с выражением (1) изменяет ток. В данном случае расстояние (зазор) между автоэмиссионным катодом 5 и анодом 4 в два раза больше, что позволяет в два раза увеличить напряжение между ними, чтобы автоэмиссионное поле осталось тем же. Концентратор 13 позволяет при частоте входного напряжения, совпадающего с резонансной частотой пьезоэлементов и концентратора, увеличить амплитуду колебаний вспомогательного автоэмиссионного катода 12 и, следовательно, согласно (1), увеличить ток через лампу. Проводящая подложка 11 является дополнительным анодом для катода 5 и обеспечивает гальваническую связь с автоэмиссионным катодом 12. Количество зазоров и соответственно напряжение питания можно увеличить, увеличивая количество вспомогательных автоэмиссионных катодов и дополнительных анодов, которые вводятся через изолятор. Пробка 14 обеспечивает первоначальную деформацию деформируемой части 9.The lamp works as follows. Upon receipt of the input voltage to the
Входные характеристики ламп определяются характеристиками элементов, которые изменяют свои размеры под действием подводимой энергии (поля). Оценки показывают, что коэффициент усиления лампы на резонансной частоте по току может быть равен 106, а по напряжению 100.The input characteristics of the lamps are determined by the characteristics of the elements, which change their size under the action of the supplied energy (field). Estimates show that the current gain of the lamp at the resonant frequency can be equal to 10 6 and 100 for voltage.
В случае магнитострикционного элемента с постоянным смещением на резонансной частоте коэффициент усиления по напряжению может быть более 104.In the case of a magnetostrictive element with a constant bias at the resonant frequency, the voltage gain can be more than 10 4 .
В качестве многоострийного источника электронов автоэмиссионного катода используют окислы или карбиды элементов, например никеля. Для анода используют, например, медь, вольфрам или другие материалы в зависимости от назначения лампы. Пьезоэлементами, например, могут быть промышленно выпускаемые марки ПКВ-460. Магнитострикционным элементом может быть, например, никель.Oxides or carbides of elements, for example nickel, are used as a multi-edge source of electrons of the field emission cathode. For the anode, for example, copper, tungsten or other materials are used, depending on the purpose of the lamp. Piezoelectric elements, for example, can be industrially produced grades PKV-460. The magnetostrictive element may be, for example, nickel.
Таким образом, предлагаемый способ управления автоэмиссионным током лампы имеет следующие преимущества:Thus, the proposed method of controlling the field emission current of the lamp has the following advantages:
- позволяет повысить надежность управления работой лампы за счет гальванической развязки между катодом и анодом;- allows to increase the reliability of lamp operation control due to galvanic isolation between the cathode and anode;
- позволяет повысить коэффициенты усиления по мощности, напряжению и току;- allows you to increase the gain in power, voltage and current;
- позволяет увеличить входное сопротивление и уменьшить выходное;- allows you to increase the input impedance and reduce the output;
- позволяет расширить диапазоны рабочих напряжений, токов, мощностей;- allows you to expand the ranges of operating voltages, currents, capacities;
- позволяет совместить в лампе достоинства ламп и транзисторов;- allows you to combine the advantages of lamps and transistors in a lamp;
- позволяет приобрести за счет вышеперечисленного такие свойства, которые не могут дать отдельно ни лампы, ни транзисторы, например, получить при напряжении питания 380 вольт выходное напряжение в десятки киловольт.- it allows you to purchase due to the above properties that can not give separately lamps or transistors, for example, to obtain an output voltage of tens of kilovolts at a supply voltage of 380 volts.
Источники информацииInformation sources
1. I.Brodie, P.R.Schwoebel, Proceeding of the IEEE, 1994, v.82, n.7, p.1006.1. I. Brodie, P. R. Schwoebel, Proceeding of the IEEE, 1994, v. 82, n. 7, p. 1006.
2. Патент РФ №2161840, кл. Н01J 21/20, кл. Н01J 21/12, 2001.2. RF patent №2161840, cl. H01J 21/20, cl. H01J 21/12, 2001.
3. И.Н.Сливков, В.И.Михайлов, Н.И.Сидоров, А.И.Настюха. Электрический пробой и разряд в вакууме, Атомиздат, 1966.3. I.N. Slivkov, V.I. Mikhailov, N.I. Sidorov, A.I. Nastyukha. Electrical breakdown and discharge in a vacuum, Atomizdat, 1966.
4. Ненакаливаемые катоды. Под редакцией профессора М.И.Елинсона. Москва: Советское радио, 1974.4. Non-heated cathodes. Edited by Professor M.I. Elinson. Moscow: Soviet Radio, 1974.
Claims (5)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116418/28A RU2316844C1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp |
PCT/RU2007/000230 WO2007133118A2 (en) | 2006-05-12 | 2007-05-10 | Method for controlling a lamp self-emitting current and a self-emitting lamp for carrying out said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116418/28A RU2316844C1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2316844C1 true RU2316844C1 (en) | 2008-02-10 |
Family
ID=38694324
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006116418/28A RU2316844C1 (en) | 2006-05-12 | 2006-05-12 | Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2316844C1 (en) |
WO (1) | WO2007133118A2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523067C2 (en) * | 2008-06-27 | 2014-07-20 | Валопаа Оу | Luminaire and its adjustment method |
RU2622549C2 (en) * | 2015-10-28 | 2017-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of producing coatings of titanium carbide on the inner surface of copper anode of transmitting tube |
RU2680347C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-02-19 | Сергей Николаевич Веревкин | Field triode |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU594540A1 (en) * | 1976-10-12 | 1978-02-25 | Предприятие П/Я Г-4023 | Arrangement for stabilizing current of autoelectronic emission source |
JPH04341738A (en) * | 1991-05-17 | 1992-11-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Electron-beam output density controller of linear electron-gun |
JPH05217491A (en) * | 1992-01-31 | 1993-08-27 | Fujitsu Ltd | Micro-emitter |
RU2187860C2 (en) * | 1997-07-01 | 2002-08-20 | Галдецкий Анатолий Васильевич | Autoemission cathode and electron device built on its base ( variants ) |
US6720704B1 (en) * | 1997-09-08 | 2004-04-13 | Boreaiis Technical Limited | Thermionic vacuum diode device with adjustable electrodes |
-
2006
- 2006-05-12 RU RU2006116418/28A patent/RU2316844C1/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-05-10 WO PCT/RU2007/000230 patent/WO2007133118A2/en active Application Filing
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523067C2 (en) * | 2008-06-27 | 2014-07-20 | Валопаа Оу | Luminaire and its adjustment method |
RU2622549C2 (en) * | 2015-10-28 | 2017-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of producing coatings of titanium carbide on the inner surface of copper anode of transmitting tube |
RU2680347C1 (en) * | 2018-04-28 | 2019-02-19 | Сергей Николаевич Веревкин | Field triode |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007133118A2 (en) | 2007-11-22 |
WO2007133118A3 (en) | 2008-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Nation et al. | Advances in cold cathode physics and technology | |
Togawa et al. | CeB 6 electron gun for low-emittance injector | |
US5302881A (en) | High energy cathode device with elongated operating cycle time | |
Ivers et al. | Electron‐beam diodes using ferroelectric cathodes | |
US6373175B1 (en) | Electronic switching devices | |
WO2014088730A1 (en) | Self-aligned gated emitter tip arrays | |
RU2316844C1 (en) | Method and field-emission lamp for controlling field emission current of lamp | |
US10403466B1 (en) | Low sputtering, cross-field, gas switch and method of operation | |
García et al. | Numerical study of sub-millimeter Gunn oscillations in InP and GaN vertical diodes: Dependence on bias, doping, and length | |
Moon et al. | Driving frequency effects on the characteristics of atmospheric pressure capacitive helium discharge | |
US2916668A (en) | Heat stabilized field emission electron sources | |
Bokhan et al. | Study of the switching rate of gas-discharge devices based on the open discharge with counter-propagating electron beams | |
Sato et al. | Stationary double layers in a collisionless magnetoplasma | |
US9269521B2 (en) | Micro-plasma field effect transistors | |
US6836066B1 (en) | Triode field emission display using carbon nanobtubes | |
Bakeev et al. | Influence of a longitudinal magnetic field on the parameters and characteristics of a forevacuum plasma electron source based on a hollow-cathode discharge | |
Hamad et al. | Pseudo-spark switch (PSS) characteristics under different operation conditions | |
Ganter et al. | Nanoseconds field emitted current pulses from ZrC needles and field emitter arrays | |
WO1989010001A2 (en) | Plasma wave tube and method | |
CN113410110B (en) | Semiconductor vacuum diode | |
CN105826422B (en) | Large power semi-insulating AlGaAs/GaAs light guide switch with quantum well structure and manufacturing method | |
Fursey et al. | Phenomenon of pulsed high-power electron emission from graphene-like structures and carbon nanotubes stimulated by electric field | |
US20230360875A1 (en) | Nanoplasma switch device for ultrafast switching | |
Hayashi et al. | Material Dependence of Strong Electron Emission from Pb (Zr, Ti) O3 Ferroelectric Cathodes | |
Kumar et al. | Novel synchronization technique for two parallel connected sparkgap switches |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100513 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120510 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170513 |