2019 第七章_次级电子发射.ppt
第七章_场致发射
FED结构
9
在FED中，电子是由与荧光屏大小相同的场发射阴极 阵列发出的，每个荧光粉发光点对应一个场发射阴 极。阴极发射电流由行和列电极上的电压控制，发光 是逐行进行的，因此每个阵列阴极的发射电流远远小 于CRT中的电子束流。 通常，由场发射阴极构成行电极，控制栅极(或称门 极)构成列电极。 涂有荧光粉的屏对应于发射极安放。阴极一栅极之间 加有低于100V的电压，被选通的发射极将在加电压的 瞬间发射电子，电流密度很低，驱动电路不必很复 杂，因此功耗很低。 FED是百万多电子源直接激发荧光材料，不必像 CRT需藉磁场控制电子枪射出的电子束路径，因此 CRT阴极到阳极距离需400mm而FED只需1mm左 右。连同极板玻璃在内，器件厚度不过6－7mm。
4
Field Electron Emission
Field emission from metal
5
场致发射理论
场(致)电子发射是指在强电场作用下，固体(非绝缘 体)发射电子的现象。 场致电子发射与需要激发的光电子发射、次级电子发 射和热阴极电子发射不同，基于电子隧道效应，无需 能量激发。 即固体中总能量低于表面势垒(逸出功φ)的电子不需 要增加任何能量也有可能透过固体表面而进入真空 中。外电场起到降低势垒高度和减薄势垒宽度(φ-EF) 的作用。 场致发射时，随外加电场的增强，发射体的表面势垒 的高度越来越低，宽度越来越窄，从发射体表面逸出 的电子越来越多，场致发射电流越来越大。
2
问题的铺垫
从固体中发射出（自由）电子按原理分 主要有： 1 、热电子发射 ——传统CRT的原理 2 、场致电子发射 ——新技术核心
3
热电子发射是靠升高物体温度-给发射体内部的电 子以附加能量，使一些电子越过发射体表面势垒 逸出而形成的电子发射方式。这种方式的发射能 耗高，同时还有时间的延迟性。 场致发射需要提供给体内电子以额外的能量，而 是靠强的外加电场来压抑物体的表面势垒，使表 面势垒的高度降低，宽度变窄，这样发射体内的 大量电子由于隧道效应穿透表面势垒逸出形成场 致电子发射。它没有时间延迟，功耗低，是一种 非常有效的电子发射方式。
2011 第七章_次级电子发射
∴
Up = U0 - jp .R[1-δ(Up)]
阴极电子学 UESTC2011
(7-4)
稳衡状态下：
1 1 1 U 0 y U p U p Up i R ip R p
y y=Up/ipR+(1-U0/ipR)
（7-5）
1.
y(Up)－Up曲线与
3. MCP：（应用广泛）
把大量内径～40um的CEM（微通道式电子倍增管）组成一种蜂窝状结构 优点：总增益高，分辨率高
应用：(1) 示波管（用于观察高f信号和高速瞬变过程） (2) 象增强、夜视器件 (3) 场离子显微镜（获得清晰图像）
制备过程：
图7－21
微通道板(MCP)制备原理 阴极电子学 UESTC2011
（2）图像增强器：扫描电子显微镜、俄歇谱仪、„„
负面作用：
（1）栅控电子管：
（2）高压电子管： （3）超高频管：
栅极次级电子发射引起噪声
次级电子引起绝缘零件击穿 次级电子引起共振现象
阴极电子学 UESTC2011
7.1次级电子发射现象
7.1.1 金属的次级电子发射
1.δ与Ep的关系（图7-1）
（1）Ep↑→Epm→δ↑→δmax ；随后δ↓
4. 表面粗糙度的影响
图7-6 金属表面不同粗糙度对的影响
图7-7 粗糙表面使减小的示意说明图
结论：粗糙度↑→↓（阻挡作用）
5. T和原电子流强度的影响
（1）T影响不大 ；（2） IP没有影响
阴极电子学 UESTC2011
7.1.2半导体、绝缘体的次级电子发射
1. Ep~δm与金属相似，一般：δm（semi/insu）>δm（metal）， 受T影响小
电子发射与光电阴极(DOC)
电子发射与光电阴极机电工程学院李飙引言电子发射主要研究电子如何从固体中逸出进入真空的规律。
如何从固体里获得大量电子，使它们存在于真空中，形成较理想的电子源，更有利于人类进行科研和实践生产（例如有了理想电子源，才能研制和生产出各类电真空器件，各类电子显微镜和电子谱仪等），是学习和研究电子发射的目的。
固体里虽含有大量电子，但这些电子在常态下所具有的能量是不足以逸出物体的，要使它们释放出来，必须给予激励，赋予额外能量，或设法消除阻碍它们逸出的力作用。
目前，利用外界能量可有效激发固体的电子使其发射的主要方式有：1、加热固体使其产生热电子发射。
把物体加热到足够高的温度，物体内的电子能量也必将随着温度的升高而增大，其中获得能量较多的那一部分电子就有可能克服抑制它们逸出的障碍由体内进入真空。
这样得到的电子发射叫热电子发射。
它是从外界赋予电子能量最简单，也是应用得最广泛的一种发射方式。
2、在固体表面施加很强的电场，使其产生场致电子发射。
在物体的表面外加很高电压，使其产生非常强(>105V/cm)的电场。
体内的电子在场的作用下也能有效地消除表面的阻碍作用而透入真空。
这种发射叫场致电子发射。
场致发射不仅可以获得107A/cm2以上的发射电流密度，制成较理想的点状电子源，而且还可以用来做成电子、离子显微镜，扫描隧道显微镜等，可以作为研究固体表面状态和结构的有力手段。
3、用高能电子轰击固体表面，使其产生次级电子（离子）发射。
用具有一定能量的电子（或离子），从外部轰击固体表面，将其动能赋予体内电子，使它们发射出来。
这种发射方式叫次级发射。
目前，次级电子发射已广泛应用天各种电真空器件。
例如光电倍增管，微通道板等，同时也以该发射为基础逐步发展了一系列表面分析仪器，如俄歇电子谱仪、电子衍射仪等，有力地促进了表面科学的发展。
4、用光辐射固体表面使其产生光电子发射。
以光辐射的形式赋予固体内电子以能量，使其从体内逸出。
这种发射叫光电子发射。
无线电波的发射和接收-高二物理课件(人教版2019选择性必修第二册)
典型例题
例5.实际发射无线电波如图所示，高频振荡器产生高频 等幅振荡电流如图甲所示，人对着话筒说话产生低频振 荡电流信号如图乙所示，根据这两个图像，发射出去的 电磁波图像应是图中的 ( B )
谢谢观看 祝你学业有成
EXIT
A．增大调谐电路中线圈的匝数 B．加大电源电压 C．增加调谐电路中的电容 D．将线圈中的铁芯抽出
典型例题
例3.某同学自己绕制天线线圈，制作一个简单的收音机，用来收 听中波无线电广播，初步制作后发现有一个频率最高的中波电台 收不到，但可以接收其他中波电台，适当调整后，去户外使用， 假设空间中存在波长分别为290m、397m、566m的无线电波，下 列说法正确的是（ D ） A．为了能收到频率最高的中波电台。应增加线圈的匝数 B．为更好接收290m的无线电波，应把收音机的调谐频率调到
( BD ) A.用调谐器取出的高频电流,通过喇叭即可听到声音 B.接收到的高频电流只有通过解调,才能产生音频电流 C.调谐器的作用就是将音频信号从高频信号中取出 D.通过解调电路的电流,再通过喇叭才能听到声音 例5.世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次 只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电 台的播音，其原因是( D ) A．因为收听到的电台离收音机最近 B．因为收听到的电台频率最高 C．因为接收到的电台电磁波能量最强 D．因为接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的固有 频率相同，产生了电谐振
地波：波长很长，可以地面衍射传播 天波：波长较短，不能穿过电离层，电离层反射 传播 直线传播：波长很短，穿透电离层
典型例题
例1. 要有效地发送低频电信号，必须把低频电信号附加
在高频载波上，这个过程在电磁波的发射过程中叫做
（C ）
A、调谐
第七章、弧光放电
第七章、弧光放电第七章、弧光放电最常见的弧光放电有电焊弧光放电，⾮常明亮刺眼，闪电也是常见的弧光放电。
类似的放电为什么叫弧光放电呢？历史上最初的电弧放电是在⼤⽓中产⽣的，在两个相隔很近的放电电极间加以电压（电源功率很⼤，且限流电阻较⼩），就会产⽣明亮的放电⽕焰，⽕焰中⽓体温度很⾼，因为热空⽓上升，冷空⽓从下⽅来补充，使发光部分向上形成拱形，所以将这种放电称为电弧放电或弧光放电（Arc discharge ）。
⽽现在把具有这类放电机理和放电特性的放电均称为弧光放电。
弧光放电的最⼤特点是⼤的放电电流密度，较低的阴极位降电压(低电压、⼤电流)。
§7.1弧光放电的特征与分类⼀、弧光放电的⼏种起弧⽅法1.起弧⽅法：1放电电极接触-分离式起弧⽅法：先将两放电电极接触，加以直流或交流电压，形成电流，然后再将两电极分离开，⽽形成弧光放电。
原因是两电极接触不良处产⽣局部⾼温，⽽且局部电场很强（虽然两电极间只有⼏⼗V 的电压，但是极间距离→0），极易形成弧光放电。
电弧焊机就是采⽤的这种起弧原理；2直接在两放电电极间加以超⾼电压起弧：⼤⽓的击穿场强约为30KV/cm ，也就是说，处于⼤⽓中的放电电极间距为1cm 两个电极，加以30KV 的电压，就可以直接起弧。
⾬天的闪电就是直接起弧。
3辉光放电过渡起弧（常⽤的起弧⽅法）：正常辉光放电增⼤放电电流就会进⼊到反常辉光放电区，此时阴极位降区的电场强度会增⼤，继续增⼤放电电流，打到阴极上的正离⼦数量和动能都会随放电电流的增⼤⽽增⼤，⽽导致阴极表⾯温度Tc 升⾼，当电流增⼤到使阴极温度上升到⾜以产⽣强烈的热电⼦发射时，管压降突然下降到很低的⽔平，放电发⽣质的变化，从辉光放电过渡到了弧光放电。
2.过渡起弧过程的伏—安特性在正常辉光放电中，阴极位降（Uc~Un ）⼏乎不随放电电流的变化⽽变化，阴极温度Tc 也⽐较低，当进⼊反常辉光放电区后，管压降随放电电流的↑⽽↑，且Tc 也增⼤，放电电流继续增⼤，就进⼊了弧光放电区。
第七章、弧光放电
第七章、弧光放电最常见的弧光放电有电焊弧光放电，非常明亮刺眼，闪电也是常见的弧光放电。
类似的放电为什么叫弧光放电呢？历史上最初的电弧放电是在大气中产生的，在两个相隔很近的放电电极间加以电压（电源功率很大，且限流电阻较小），就会产生明亮的放电火焰，火焰中气体温度很高，因为热空气上升，冷空气从下方来补充，使发光部分向上形成拱形，所以将这种放电称为电弧放电或弧光放电（Arc discharge）。
而现在把具有这类放电机理和放电特性的放电均称为弧光放电。
弧光放电的最大特点是大的放电电流密度，较低的阴极位降电压(低电压、大电流)。
§7.1 弧光放电的特征与分类一、弧光放电的几种起弧方法1. 起弧方法：①放电电极接触-分离式起弧方法：先将两放电电极接触，加以直流或交流电压，形成电流，然后再将两电极分离开，而形成弧光放电。
原因是两电极接触不良处产生局部高温，而且局部电场很强（虽然两电极间只有几十V的电压，但是极间距离→0），极易形成弧光放电。
电弧焊机就是采用的这种起弧原理；②直接在两放电电极间加以超高电压起弧：大气的击穿场强约为30KV/cm，也就是说，处于大气中的放电电极间距为1cm两个电极，加以30KV的电压，就可以直接起弧。
雨天的闪电就是直接起弧。
③辉光放电过渡起弧（常用的起弧方法）：正常辉光放电增大放电电流就会进入到反常辉光放电区，此时阴极位降区的电场强度会增大，继续增大放电电流，打到阴极上的正离子数量和动能都会随放电电流的增大而增大，而导致阴极表面温度Tc升高，当电流增大到使阴极温度上升到足以产生强烈的热电子发射时，管压降突然下降到很低的水平，放电发生质的变化，从辉光放电过渡到了弧光放电。
2. 过渡起弧过程的伏—安特性在正常辉光放电中，阴极位降（Uc~Un）几乎不随放电电流的变化而变化，阴极温度Tc也比较低，当进入反常辉光放电区后，管压降随放电电流的↑而↑，且Tc也增大，放电电流继续增大，就进入了弧光放电区。
电磁波的发射和接收ppt课件
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25
• 直线传播：波长非常短， • 能够穿透电离层，沿直线 • 传播。——微波
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电视
阅读课文，试着理解 电视机的成像原理
简单地说：电视信号
是电视台先把影像信
号转变为可以发射
的—— ，发射出去后
被接收的电信号通
过——被还原为光的
图象重现荧光屏。
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摄像管
让我们走进 摄像管吧！
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6
为了使开放电路中产生
振荡电流，常用如图所示 的方法，使振荡器的线圈 L2靠近开放振荡电路的 线圈L1 。当振荡器中产 生高频振荡电流时，由于 互感作用，就可以在开放 振荡电路中产生相同频率 的振荡电流，这种方法叫 做感应耦合。
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问题：我们要传递的信号不是高频振荡电流， 而是一些低频信号（如：声音信号频率只 有几百至几千赫兹，图象信号频率也不过 上万赫兹），它能否直接发射出去？
4.3 电磁波的发射和接收
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1
烽火台
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邮递员 2
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3
电磁波来传递信息
C=3.00×108m/s
怎么接收与发射？
设备：
天线是发射与接收无线电波的必要设备
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4
天线
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5
• 1.要有效发射电磁波，振荡电路必须满足两个条 件：
• ⑴振荡频率足够高 • ⑵电场和磁场尽可能分布到较大的空间
• 手机的危害原因
• 在待机状态下，手机不断的发射电 磁波，与周围环境交换信息。
• 手机在建立连接的过程中发射的电 磁波特别强。
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39
电磁波的危害
物理电子发射理论课件
要实现电子发射，一般要有两个条件：
真空环境：保证从固体发射出来的电子不 致遭到其他气体分子的碰撞而返回阴极。
能量和电场：固体中的电子要摆脱固体的 束缚，必须要获得能量。
物理电子发射理论
四种电子发射类型：
加热使电子从固体中发射出来—热电子 发射；
用光照射固体，光子能量激发电子引起发 射——光电发射；
荷质比大，电子束在电磁场中容易被聚焦、 偏转和加速，利用这些性质可以执行各种复杂 的任务，制成性能优越的电子束器件和设备。
显像管、摄像管、示波管、图像增强器、 光电倍增管、高速开关管、存储管和发射管等。
物理电子发射理论
电子具有波动性和粒子性：
波 长 h/mv
h是 普 朗 克 常 数 ， m是 电 子 质 量 ， v是 电 子 速 度 。 用 100KV电 压 加 速 电 子 ， 其 电 子 波 长
h3
2mE1/ 2 dE
可写成
dNE dE
8mL3
h3
2mE1/ 2
式1.12是量子态的能量分布函数。
1.12
物理电子发射理论
物理电子发射理论
对二维波函数：
x，y A‘ei2kxxkyy ei2kxxkyy
动量p： x L hnx， py L hny
能
量E： p2 h2k2 2m 2m
2m h22Lnx2
ny2
物理电子发射理论
1.8
对三维波函数：
x， y， z A‘ei2kxxkyykzze i2kxxkyykzz物理电子发射理论源自一个能级有许多电子对态应：
1，1，2
nx，ny，nz
1，2，1
2，1，1
虽然代表不同的波函，数但具有同一能级。
无线电波的发射与接收(课件)高二物理(人教版2019选择性必修第二册)
情景展示
在普通的LC振荡电路中，电场主 要集中在电容器的极板之间，磁 场主要集中在线圈内部。在电磁 振荡的过程中，电场能和磁场能 主要是在电路内互相转化，辐射 出去的能量很少，怎样才能有效 地发射电磁波呢？
课堂合作探究
知识点一：无线电波的发射 1.有效发射电磁波的条件和方法
第一：要有足够高的振荡频率。 振荡电路向外界辐射能量的本领，与振荡频率密切相关。频率越
②设备：接收天线
接收天线
各种信号
课堂合作探究
知识点：无线电波的接收
2.筛选装置
当接收电路的固有频率跟收到的电磁波的频率相 同时，接收电路中产生的振荡电流最强，这种现象叫做 电谐振。
调谐电路
f0
2
1 LC
f=f0
调谐：使接收电路发生电谐振的过程
课堂合作探究
知识点二：无线电波的接收
课堂合作探究
知识点：无线电波的接收 3.解调过程还原声音和图像信号 这是原信号吗？
典例探究
考点二：无线电波的发射与接收
【变式训练2】 为了让电磁波传递信号,可以: (1)使高频电磁振荡的振幅随信号而改变,此过程叫( ) (2)使高频电磁振荡的频率随信号而改变,此过程叫( ) A.解调 B.调幅 C.调谐 D.调频 答案:(1)B (2)D 解析:将电信号“加”到高频电磁波上的过程,称为调制。调制分为调 幅(使高频电磁振荡的振幅随信号而改变)与调频(使高频电磁振荡的 频率随信号而改变)两种。由题目可知,第(1)过程叫调幅,第(2)过程叫 调频。
高，发射电磁波的本领就越大。
①减小电容C：增大板间距d，减小正对面积S f 1
2 LC ②减小自感系数L
课堂合作探究
知识点一：无线电波的发射
无线电电子基础技术ppt课件
波段名称 特长波 甚长波 长波 中波 短波 米波 分米波 厘米波 毫米波 丝米波
波长范围 100 ——10万米 10 —— 1万米 10 —— 1千米 10 —— 1百米 100 —— 10米 10 —— 1米 10 —— 1分米 10 —— 1厘米 10 —— 1毫米 10 —— 1丝米
收音机
无线电元件
频率划分为： 频率 * 波长=无线电波传播速度
（30万里）
段号 频段名称
1
特低频
2
甚低频VLF
3
低频LF
4
中频MF
5
高频HF
6
甚高频VHF
7 微波
8 微波
9 微波
10 微波
特高频UHF 超高频SHF 极高频EHF 至高频
频率范围 300 —— 3000赫
3——30千赫 30 ——300千赫 300——3000千赫 3 —— 30兆赫 30 —— 300兆赫 300 ——3000兆赫 3 —— 30吉赫 30 —— 300吉赫 300 ——3000吉赫
• 字母表示 R • 字母表示 C • 字母表示 L
电阻器
电阻
7
紫
电 容 器
电容器计量单位
单位：法拉 F 1F =106 μF 1μF=106 nF 1 nF =106 pF
电感器
电感器计量单位
单位：亨 H 1H = 103 mH 1mH = 103 μH
晶体二极管
半导体二极管
工作原理
• NPN型三极管E.C极测量
•
e
•
bc
三极管测量
• NPN型三极管E.b极测量
•
e
•
bc
三极管测量
【优】高二物理电磁波的发射和接收PPT资料
直线传播。
长波容易被电离层吸收； 例4、无线电广播中波段的波长范围为187~560米，为了避免邻台干扰，两个相邻电台的频率至少相差104赫，则在此波段中，最多能
容纳的电台数约：( ) 这种电路叫做开放电路。
为了使开放电路中产生振荡电流，常用如图所示的方法，使振荡器的线圈L2靠近开放振荡电路的线圈L1 。
这个正三角形。
02μs，问电磁波的振荡频率为多少？最大的侦察距离是多少？
处在电磁波传播空间的导体,会产生同频率的感应电流
这样既提高了振荡频率又将磁场和电场分散到较大空间。
叫做地线，上部分导线尽可能分散到高处，叫做天线。
解析：根据雷达荧光屏上发射波形和反射波形间的时间间隔，即可求得侦察距离，为此反射波必须在后一个发射波发出前到达雷达接
高频振荡电流 振荡电路
声音信号的调制过程： 学科网
调幅 (AM)：中波和短波波段； 调频 (FM)：微波（甚高频和 超高频波段）
二 、无线电波的接收
我处们在生电磁活 的波空传间播空布 满间了的强导体弱, 不磁会频应同波产率电,的生的流我同感电 们又如何
选出自己
所需的无
线电波呢?
二 、无线电波的接收
高二物理课件电磁 波的发射和接收课
件
一、无线电波的发射
1.要有效发射电磁波，振荡电路须具有如下特点： ⑴要有足够高的振荡频率。 ⑵振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空
间，这样才能有效地把k
为了发射电磁波，需要改进振荡电路。 一方面增大电容器极板间距离、减少正对 面积；另一方面减少线圈的匝数，以减少 自感。这样既提高了振荡频率又将磁场和 电场分散到较大空间。这种电路叫做开放 电路。
波段分布（根据：波长/频率）
无线电波的发射和接收PPT.
1、电谐振，当接收电路的固有频率跟接收 到的电磁波的频率相同时，接收电路中产生 的振荡电流最强 ，这种现象叫电谐振.
2、调谐和调谐电路
使接收电路产生电谐振的过程
叫调谐.
能够调谐的电路叫调谐电路．
调谐电路接收到的信号是调制
过的信号，即既有传递的信息信号，
又有高频信号，这就需要我们将这
（1）、调幅调制
信号源 振荡电路
调 制 电台发射 （加载）
振 荡 器
（2）、调频调制
信号源 振荡电路
调制
（加载）
振 荡 器
3、发射电路
世界上有许许多多的无线电台、电视台 及各种无线电信号，如果不加选择全部接收下 来，那么必然是一片混乱，分辨不清．因此接 收信号时，首先要从各种电磁波中把我们需要 的选出来，通常叫选台．在无线电技术中利用 电谐振(类似于机械振动中的共振)达到目的．
两种信号进行分离.
3、解调（检波）
调谐电路
将电磁波中携带信息的信号从高频振荡信
号中分离出来叫做解调.解调又叫检波
解调是调制的逆过程Biblioteka 解调放大至工作电路
调谐与检波电路
调谐
检波
三、无线电波的分段及用途
波段
波长
频率
传播方 主要用途 式
长波
1.3.4设计广告
30 000 m~3 000 m
10 kHz~100 kHz
四、电视
请同学阅读课文后，分组讨论回答问题。
1．在电视的发射端需要什么仪器，各起什么作用？ 2．电子枪的扫描路线是怎样的？ 3．在电视的接收端需要有什么仪器？各起什么作用？ 4．你能说说调谐、检波的基本工作原理吗？ 5．显像管里的电子枪发射电子束的强弱受什么控制？它 扫描的方式和步调与什么相同？