Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
Вакуумные и плазменные приборы и устройства
для специальности 210105.65 «Электронные приборы и устройства»
подготовки специалиста
Автор программы:
, д. т.н., с. н.с., *****@***ru
Одобрена на заседании кафедры «___» _______________ 2012 г.
Электроники и наноэлектроники
Заведующий кафедрой _______________
Рекомендована секцией УМС "Электроника" «____»_______________ 2012 г
Председатель _______________ __________
Утверждена УС Факультета
электроники и телекоммуникаций «___» _______________ 2012 г.
Ученый секретарь _______________ __________
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины.
Изучение физических основ, методов расчета, проектирования, компьютерного моделирования и применения вакуумных электронных ламп с квазистатическим управлением, электронно-лучевых, фотоэлектронных, газоразрядных и плазменных приборов и устройств, их характеристик, а также взаимосвязи электрических параметров с конструктивными особенностями приборов.
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение предыдущих курсов:
- Вакуумная и плазменная электроника.
- Физика твердого тела.
- Материалы и элементы электронной техники.
- Технология материалов и изделий электронной техники.
В результате изучения дисциплины студенты должны получить теоретические знания и практические навыки по физическим основам, методам расчета, компьютерного моделирования, проектирования и применения вакуумных электронных ламп с квазистатическим управлением, электронно-лучевых, фотоэлектронных, газоразрядных и плазменных приборов и устройств.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
Общая трудоемкость дисциплины | 150 | 8 |
Аудиторные занятия | 68 | 8 |
Лекции (Л) | 34 | 8 |
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 8 |
Семинары | 17 | 8 |
Самостоятельная работа | 82 | 8 |
Курсовая работа | 8 | |
Вид итогового контроля | зачет, экзамен |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
№п/п | Раздел дисциплины | Аудиторные занятия | |
Л | ЛР | ||
1. | Введение. Место и роль вакуумных и плазменных приборов и устройств в современной электронике. | * | |
2. | Вакуумные приборы с квазистатическим управлением | * | |
3. | Электронно-лучевые приборы и устройства. | * | * |
4. | Фотоэлектронные приборы и устройства. | * | * |
5. | Газоразрядные и плазменные приборы и устройства. | * | |
6. | Заключение. Тенденции развития и особенности использования вакуумных и плазменных приборов и устройств. | * |
4.2. Содержание разделов дисциплины.
1. | Введение. - 1 ч. лекций Цели и задачи курса. Место и роль вакуумных и плазменных приборов и устройств в современной электронике. |
2. | Вакуумные приборы с квазистатическим управлением. - 6 ч. лекций Катоды электронных приборов и их параметры: катоды из чистых металлов, пленочные катоды, оксидные катоды, катоды для мощных электронных ламп. Вакуумные диоды: физические процессы в диодах, их характеристики и параметры, закон степени 3/2. Вакуумные триоды, их статические и рабочие характеристики и параметры, управление анодным током с помощью сетки; режимы работы ламповых усилителей и генераторов. Вакуумные тетроды: назначение второй сетки, динатронный эффект и способы его устранения; лучевые тетроды. Вакуумные пентоды, частотопреобразовательные лампы и интегральные усилители на их основе. Шумы в электронных лампах: шумовые параметры, дробовой эффект. |
3. | Электронно – лучевые приборы и устройства - 14 ч. лекций - 8 ч. лабораторных работ Элементы устройства электронно-лучевых трубок (ЭЛТ). Общая схема формирования электронного луча в электронно-лучевом приборе. Электронные пушки для трубок с электростатической и магнитной фокусировкой пучка. Понятие искусственного кроссовера. Характеристики электронных пушек. Фокусирующие катушки. Отклоняющие системы ЭЛТ электростатического и магнитного типов. Симметричное и несимметричное питание отклоняющих систем. Расчет отклонения пятна на экране. Чувствительность отклоняющих систем. Катодолюминесцентные экраны ЭЛТ. Основные характеристики катодолюминофоров. Вторично-эмиссионные свойства экранов. Диэлектрические мишени. Электронно – лучевые приборы. Классификация электронно-лучевых приборов по видам преобразования информации и применениям. Осциллографические ЭЛТ: основные элементы конструкций и параметры, частотные характеристики, трубки с бегущей волной. Приемные ЭЛТ (кинескопы): основные параметры и элементы конструкций черно-белых и цветных кинескопов, цветные ЭЛТ с теневой маской, цветные ЭЛТ с планарным расположением ЭОС и щелевой маской, плазменные панели, проекционные видеосистемы. Запоминающие ЭЛТ (потенциалоскопы): способы записи и считывания информации, потенциалоскоп с барьерной сеткой (радекон), графекон, потенциалоскоп с видимым изображением. Передающие ЭЛТ, их основные принципы работы и элементы конструкций: иконоскопы, супериконоскопы, ортиконы, суперортиконы, видиконы. |
4. | Фотоэлектронные приборы и устройства - 6 ч. лекций - 9 ч. лабораторных работ Вакуумные фотоэлементы, основные конструкции и принцип действия, характеристики и параметры фотоэлементов, схемы включения и области применения. Фотоэлектронные умножители (ФЭУ), конструкции и принцип действия; катодные камеры ФЭУ, умножительные системы ФЭУ, конструкции дискретных динодов; микроканальные пластины, их основные параметры и технология изготовления, анодные блоки (выходные каскады) ФЭУ; характеристики и параметры ФЭУ, области их применения. Электронно-оптические преобразователи (ЭОП): устройство и принцип действия однокамерных ЭОП; каскадные ЭОП, методы усиления яркости изображения; времяанализирующие ЭОП; основные характеристики и параметры ЭОП, области их применения. |
5. | Газоразрядные и плазменные приборы и устройства - 6 ч. лекций Классификация газовых разрядов; объемные процессы в плазме газовых разрядов, связь между внешними макроскопическими и внутренними микроскопическими параметрами плазмы положительного столба при низких, средних и высоких давлениях; контактные явления: приэлектродные и пристеночные процессы; нестационарные явления в газовых разрядах: возбуждение, деионизация; искровой и коронный разряды. Приборы и устройства газоразрядной и плазменной электроники: неоновые лампы, газотроны, тиратроны, тригатроны, ВЧ-газовые разрядники, ртутные вентили, конструкции, характеристики, моделирование, методы расчета и проектирования, особенности эксплуатации и области применения. |
6. | Заключение. - 1 ч. лекций. Тенденции развития и особенности использования вакуумных и плазменных приборов и устройств. |
4.3. Понедельный план проведения занятий - лекционных и практических.
Лекции:
1 неделя: | Введение. Цели и задачи курса. Место и роль вакуумных и плазменных приборов и устройств в современной электронике. Катоды электронных приборов и их параметры: катоды из чистых металлов, пленочные катоды, оксидные катоды, катоды для мощных электронных ламп. |
2 неделя: | Вакуумные диоды: физические процессы в диодах, их характеристики и параметры, закон степени 3/2. |
Вакуумные триоды, их статические и рабочие характеристики и параметры, управление анодным током с помощью сетки; режимы работы ламповых усилителей и генераторов. | |
3 неделя: | Вакуумные тетроды: назначение второй сетки, динатронный эффект и способы его устранения; лучевые тетроды. Вакуумные пентоды, частотопреобразовательные лампы и интегральные усилители на их основе. Шумы в электронных лампах: шумовые параметры, дробовой эффект. |
Общая схема формирования электронного луча в электронно-лучевом приборе. | |
4 неделя: | Электронные пушки для трубок с электростатической и магнитной фокусировкой пучка. Понятие искусственного кроссовера. Характеристики электронных пушек |
Фокусирующие катушки. Отклоняющие системы ЭЛТ электростатического и магнитного типов, характеристика их чувствительности, симметричное и несимметричное питание отклоняющих систем, расчет отклонения пятна на экране. | |
5 неделя | Катодолюминесцентные экраны ЭЛТ. Основные характеристики катодолюминофоров. Вторично-эмиссионные свойства экранов. Диэлектрические мишени. Классификация электронно-лучевых приборов по видам преобразования информации и применениям. |
6 неделя: | Осциллографические ЭЛТ: основные элементы конструкций и параметры, частотные характеристики, трубки с бегущей волной |
Приемные ЭЛТ (кинескопы): основные параметры и элементы конструкций черно-белых и цветных кинескопов. | |
7 неделя: | Цветные ЭЛТ с теневой маской, цветные ЭЛТ с планарным расположением ЭОС и щелевой маской. |
Устройство и принцип работы плазменных панелей. Особенности проекционных видеосистем. | |
8 неделя | Запоминающие ЭЛТ (потенциалоскопы), способы записи и считывания информации. |
9 неделя: | Потенциалоскоп с барьерной сеткой (радекон), графекон, потенциалоскоп с видимым изображением. |
Передающие ЭЛТ, их основные принципы работы и элементы конструкций. | |
10 неделя: | Иконоскопы, супериконоскопы, ортиконы, суперортиконы, видиконы. |
Вакуумные фотоэлементы, основные конструкции и принцип действия, характеристики и параметры фотоэлементов, схемы включения и области применения. | |
11 неделя: | Фотоэлектронные умножители (ФЭУ), принцип действия, характеристики и параметры ФЭУ, особенности конструкций и области их применения. |
12 неделя: | Катодные камеры и умножительные системы ФЭУ, особенности конструкций дискретных динодов и динодов с распределенным взаимодействием. |
Микроканальные пластины, их основные параметры и технология изготовления. Анодные блоки (выходные каскады) ФЭУ. | |
13 неделя: | Электронно-оптические преобразователи (ЭОП), их основные характеристики, параметры, конструкции и области применения. |
Устройство и принцип действия однокамерных ЭОП; каскадные ЭОП, методы усиления яркости изображения; времяанализирующие ЭОП. | |
14 неделя: | Классификация газовых разрядов; объемные процессы в плазме газовых разрядов, связь между внешними макроскопическими и внутренними микроскопическими параметрами плазмы положительного столба при низких, средних и высоких давлениях. |
15 неделя | Контактные явления: приэлектродные и пристеночные процессы; нестационарные явления в газовых разрядах: возбуждение, деионизация; искровой и коронный разряды. |
16 неделя: | Приборы и устройства газоразрядной и плазменной электроники: неоновые лампы, газотроны, тиратроны, тригатроны, ВЧ-газовые разрядники, ртутные вентили. |
17 неделя: | Методы расчета, проектирования и моделирования приборов и устройств газоразрядной и плазменной электроники. Особенности конструкций, эксплуатации и области применения приборов и устройств газоразрядной и плазменной электроники. Заключение. Тенденции развития и особенности использования вакуумных и плазменных приборов и устройств. |
5. Лабораторный практикум.
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторной работы |
1. | 3 | Определение кардинальных элементов электронных линз. |
2. | 4 | Определение энергетических параметров ЭОП. |
Целью работы №1 «Определение кардинальных элементов электронных линз» является изучение осесимметричных линз электростатического типа, применяемых в электронно-оптических системах электронно-лучевых приборов. На примере электронно-оптической системы, состоящей из двух коаксиальных цилиндров одинакового диаметра (иммерсионная линза) и задаваемых начальных и граничных условий определяются кардинальные элементы линзы.
В работе №2 «Определение энергетических параметров ЭОП» изучаются энергетические и оптические параметры ЭОП и методы их измерений. На примере двухкамерного электронно-оптического преобразователя типа УМ-91, использующего усилительный каскад на принципе оптического контакта люминофор - фотокатод определяются: основные параметры входного фотокатода, коэффициент усиления по току промежуточного каскада, спектральный коэффициент преобразования ЭОП.
6. Курсовая работа.
“Определение основных характеристик электронно-оптических трактов электронно-оптических камер, сопряженных с передающими телевизионными трубками”.
Курсовая работа ориентирована на выработку у студентов навыков обоснования принятия инженерных решений при выполнении конкретной задачи, умения производить инженерные расчеты и их анализ.
Целью курсовой работы является углубленное изучение высокоскоростных электронно-оптических камер и схем их построения, комплектующих электронно-оптических преобразователей и передающих телевизионных трубок.
Задачами работы являются расчеты основных параметров (энергетической и квантовой чувствительности, пространственного разрешения, динамического диапазона), определяющих эксплуатационную применимость различных схем регистрации быстропротекающих процессов оптического диапазона.
В процессе выполнения работы студенту необходимо проявить самостоятельность при анализе научно-технических решений и нести инженерную ответственность за качество его выполнения и оформления.
Задание на курсовую работу, ее объем, сроки выполнения и этапы защиты выдаются и определяются преподавателем курса.
Итогом выполнения курсовой работы является ее защита, подтверждающая глубокое освоение курса.
7. Самостоятельная работа
1. Сетки электронных ламп. Требования, предъявляемые к сеткам. Зависимость параметров ламп от геометрии и конструкции сеток. Материалы, конструкции. Тепловой режим. [1 - 4, 17] – 5 ч.
2. Аноды электронных ламп. Аноды с лучистым и принудительным охлаждением. Конструкции анодов и радиаторов. Тепловой расчет анодов. [1 - 4, 17] – 7 ч.
3. Расчет параметров электронных ламп : крутизны, коэффициента усиления. Их зависимость от междуэлектродных расстояний. [1 - 4,] – 6 ч.
4. Крепежные и вспомогательные детали электронных ламп. Внешние оболочки, выводы электродов, внутриламповые изоляторы, газопоглотители, способы крепления. [1 - 4, 17, 18] - 5ч.
5. Работа электронных ламп на высоких частотах (ВЧ): факторы, влияющие на работу ламп на ВЧ, инерция электронов, параметры и схемы включения электронных ламп на ВЧ, режим больших амплитуд, частотная граница мощных электронных ламп, особенности вакуумных триодов СВЧ. [1 – 4, 17] – 8 ч.
6. Теория иммерсионного объектива. Траектории электронов. [5 - 7] – 3 ч.
7. Распределение плотности тока на катоде и в кроссовере. [5 - 7] – 3 ч.
8. Важнейшие характеристики электронных пушек: модуляционные характеристики токов катода и луча; запирающее нарпяжение; плотность тока электронного пятна и ее распределение по радиусу пятна; апертурные углы электронного пучка. [5 - 7] – 7 ч.
9. Дефокусировка электронного пучка и искажения формы растра при электростатическом отклонении и методы их уменьшения. [5 - 7] – 4 ч.
10. Дефокусировка электронного пучка и искажения формы растра при магнитном отклонении и методы их исправлений. [5 - 7] – 4 ч.
11. Технические катодолюминофоры. Параметры люминофоров и их зависимость от условий возбуждения. [5, 6, 9, 15] – 4 ч.
12. Кинетика перезаряда диэлектрической мишени электронным пучком. способы записи и чтения потенциального рельефа. [5] – 4 ч.
13. Схемы включения и области применения вакуумных фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей. [8, 13] – 4 ч.
14. Типы и конструкции электронно-оптических преобразователей. Основные характеристики электронно-оптических преобразователей. [8, 9, 14, 20 ] – 6 ч.
8. Учебно – методическое обеспечение дисциплины.
8.1. Рекомендуемая литература.
а) Основная литература:
1. Кацман лампы. М.: Высшая школа, 1979.
2. Клейнер теории электронных ламп. М.: Высшая школа, 1974.
3. Царев и конструирование электронных ламп. М.: Энергия, 1967.
4. , Соколовский расчет электронных приборов. М.: Высшая школа, 1977.
5. , Шамаева -лучевые и фотоэлектронные приборы. М.:Высшая школа, 1982.
6. , Куракин электронно-лучевые трубки. М.: Энергия, 1972.
7. Шерстнев оптика и электронно-лучевые приборы. М.: Энергия, 1971.
8. , , Зайдель фотоэлектронные приборы. М.: Радио и связь, 1988.
9. Электронно-оптические преобразователи как детекторы пространственно-распределенных потоков излучения различного спектрального диапазона. Учебное пособие по специальности “Электронные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 20с.
10. Определение кардинальных параметров элементов электронных линз. Методические указания к лабораторной работе по курсу “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2011.- 15с.
11. Определение энергетических параметров ЭОП. Методические указания к лабораторной работе по курсу “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2011.- 13с.
12. Определение основных характеристик электронно-оптических трактов электронно-оптических камер, сопряженных с ПТТ. Методические указания к курсовой работе по курсу “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2011.- 15с.
13. Высокоскоростные электронно-оптические камеры, комплектующие электронно-оптические преобразователи и передающие телевизионные трубки типа видикон и суперкремникон. Методические указания к проведению самостоятельной и подготовке к выполнению курсовой работы по курсу “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2011.- 28с.
б) Дополнительная литература:
14. Алямовский пучки и электронные пушки. М.:Сов. радио, 1966.
15. Электронная и ионная оптика. М.: Мир, 1990.
16. Основы электронной оптики в 2-х т. М.: Мир, 1993.
17. , Меламид приборы. М.: Энергия, 1974.
18. , , Фанченко -оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. М.: Наука, 1978.
19. Гугель для электровакуумной промышленности. М.: Энергия, 1967.
20. , , Ларионов электронные и ионные приборы. Справочник. М.: Энергия, 1985.
21. Расчет и конструирование мощных генераторных триодов. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2000.- 12с.
22. Вакуумные ВЧ и СВЧ приборы с электростатическим управлением электронным потоком. Методические указания к самостоятельной работе по курсу “Вакуумные и плазменные приборы и устройства”/ Моск. гос. ин-т электроники и математики; сост. М., 2000.- 36с.
8.2. Средства обеспечения дисциплины.
1. Учебно-исследовательский комплекс "Моделирование мощных генераторных триодов (KPMS)” / Свидетельство РФ # об официальной регистрации программы для ЭВМ // Авторы: , , Коробко от 01.01.2001.
2. Электронный справочник “Мощные генераторные и модуляторные лампы НЧ, ВЧ и СВЧ диапазонов” / Свидетельство РФ # об официальной регистрации базы данных // Авторы: , Соловьев от 01.01.2001.
9. Материально – техническое обеспечение дисциплины.
Дисплейный класс со специализированным программным обеспечением.
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 654100 «Электроника и микроэлектроника» для специальности 200300 «Электронные приборы и устройства».
Автор программы – профессор кафедры «Электроника и наноэлектроника», д. т.н., с. н.с. __________________ / /
