[發(fā)明專(zhuān)利]一種線性電子注電真空器件的電子槍數(shù)學(xué)模型的建立方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110942714.4
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113705137B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡權(quán);張旭;胡玉祿;朱小芳;黃桃;李斌;楊中海
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/33
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/33
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專(zhuān)利中心 51203
• 代理人: 閆樹(shù)平

1.一種線性電子注電真空器件的電子槍數(shù)學(xué)模型的建立方法，具體步驟如下：

步驟1、運(yùn)用微波管模擬套裝MTSS，設(shè)置電子槍模型的各級(jí)初始電壓和陰極發(fā)射面溫度；其中，陰極發(fā)射面溫度設(shè)置為T(mén)₀，陰極電壓設(shè)置為V_k0，柵極電壓設(shè)置為V_g0，陽(yáng)極電壓設(shè)置為V_a0，然后掃描柵極電壓和陽(yáng)極電壓；

掃描結(jié)果的各柵極電壓值和各陽(yáng)極電壓值及其對(duì)應(yīng)的陰極發(fā)射電流有：第j個(gè)柵極電壓采樣點(diǎn)的柵極電壓為V_g,j，j＝1,2,…,R，R為柵極掃描的采樣點(diǎn)數(shù)；第i個(gè)陽(yáng)極電壓采樣點(diǎn)的陽(yáng)極電壓為V_a,i，i＝1,2,…,Q，Q為陽(yáng)極掃描的采樣點(diǎn)數(shù)；柵極電壓與陰極電壓的壓差V_g-k,j為V_g-k,j＝V_g,j-V_k0；陽(yáng)極電壓與陰極電壓的壓差V_a-k,i為V_a-k,i＝V_a,i-V_k0；當(dāng)柵極電壓為V_g,j，陽(yáng)極電壓為V_a,i時(shí)，I_i,j表示對(duì)應(yīng)的陰極發(fā)射電流；

在柵極電壓為V_g,j時(shí)，對(duì)V_a-k,i和I_i,j進(jìn)行擬合，得到陰極發(fā)射電流與陽(yáng)極電壓關(guān)系的陰極發(fā)射電流公式：

其中I_j為當(dāng)柵極電壓為V_g,j時(shí)的陰極發(fā)射電流，V_a-k為陽(yáng)極與陰極之間的壓差，A_j和B_j分別為當(dāng)柵極電壓為V_g,j時(shí)陰極發(fā)射電流公式的斜率和截距；

根據(jù)導(dǎo)流系數(shù)公式：

其中ρ為導(dǎo)流系數(shù)，I為陰極發(fā)射電流；

由于公式(1)和(2)都為線性方程，但導(dǎo)流系數(shù)公式(2)沒(méi)有截距并忽略了柵極電壓對(duì)陰極發(fā)射電流I的影響，且A_j和B_j的值隨柵極電壓V_g,j變化而變化；因此考慮柵極電壓V_g,j的情況下，分別將A_j和B_j與V_g-k,j進(jìn)行擬合，得到公式：

其中a和b分別為公式(3)的斜率和截距，c和d分別為公式(4)的斜率和截距；

將公式(3)和公式(4)帶到公式(1)中得到如下公式：

整理得：

公式(6)建立了陰極發(fā)射電流與陰極電壓、柵極電壓和陽(yáng)極電壓之間的關(guān)系；則有燈絲溫度為T(mén)₀、陰極電壓為V_k0、柵極電壓為V_g,j、陽(yáng)極電壓為V_a,i時(shí)，陰極發(fā)射電流I_i,j為：

本步驟中柵極電壓和陽(yáng)極電壓的掃描范圍須滿(mǎn)足截獲電流和回轟陰極電流同時(shí)為0mA，以使得電子槍輸出電流等于陰極發(fā)射電流；

步驟2、構(gòu)建陰極發(fā)射電流與陰極電壓、柵極電壓、陽(yáng)極電壓和陰極發(fā)射面溫度之間的關(guān)系；

由于MTSS軟件只能設(shè)置陰極發(fā)射面的溫度，且燈絲溫度和陰極發(fā)射面的溫度近似相等，所以在MTSS軟件中用陰極發(fā)射面的溫度代指燈絲溫度；

運(yùn)用微波管模擬套裝MTSS，對(duì)步驟1中的電子槍模型進(jìn)行陰極發(fā)射面溫度掃描；

掃描結(jié)果有：第l個(gè)溫度采樣點(diǎn)的陰極發(fā)射面溫度為T(mén)_l，其中l(wèi)＝1,2,…,L，L為溫度掃描的采樣點(diǎn)數(shù)，T_l對(duì)應(yīng)的陰極發(fā)射電流為I_l；對(duì)陰極發(fā)射面溫度T_l和陰極發(fā)射電流I_l進(jìn)行擬合，得到當(dāng)陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0時(shí)，陰極發(fā)射面溫度與陰極發(fā)射電流之間關(guān)系的公式：

I＝M*T+N (7)

其中I為陰極發(fā)射電流，T為陰極發(fā)射面的溫度，M為溫度補(bǔ)償系數(shù)，N為常數(shù)；

由公式(7)可知，當(dāng)陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0，陰極發(fā)射面溫度為T(mén)₀時(shí)，陰極發(fā)射電流為：

I₀＝M*T₀+N (8)

當(dāng)陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0，陰極發(fā)射面溫度為T(mén)_l時(shí)，陰極發(fā)射電流為：

I_l＝M*T_l+N (9)

令公式(9)與公式(8)相減：

I_l-I₀＝M*(T_l-T₀) (10)

對(duì)公式(10)進(jìn)行變形得：

I_l＝I₀+M*(T_l-T₀) (11)

由公式(6)可知當(dāng)陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0，陰極發(fā)射面溫度為T(mén)₀時(shí)，陰極發(fā)射電流為：

其中V_g0-k0＝V_g0-V_k0，V_a0-k0＝V_a0-V_k0；

將公式(12)帶入到公式(11)中得：

公式(13)表示在陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0的條件下，當(dāng)陰極發(fā)射面溫度T_l(l＝1,2,…,L)時(shí)，陰極發(fā)射電流I_l的大??；

公式(13)的front部分為當(dāng)陰極發(fā)射面溫度為T(mén)₀時(shí)，且陰極電壓為V_k0，柵極電壓為V_g0，陽(yáng)極電壓為V_a0時(shí)，陰極發(fā)射電流的值；由于實(shí)際陰極發(fā)射面溫度為T(mén)_i，所以需要對(duì)因溫度差造成的電流誤差進(jìn)行修正，back部分就是對(duì)front部分的電流的補(bǔ)償；當(dāng)T_l＝T₀時(shí)，back部分的值為0，因此M做為陰極發(fā)射面的溫度補(bǔ)償系數(shù)；

同理，如果不僅陰極發(fā)射面的溫度發(fā)生變化，陰極電壓、柵極電壓和陽(yáng)極電壓也發(fā)生變化時(shí)，陰極發(fā)射電流為：

其中，M(V_g-k,V_a-k)為陰極發(fā)射面的溫度補(bǔ)償系數(shù)，其值的大小與V_g-k和V_a-k有關(guān)；

如果求在陰極電壓為V_k1，柵極電壓為V_g1，陽(yáng)極電壓為V_a1時(shí)M(V_g-k,V_a-k)的值，則需要將初始陰極電壓設(shè)置為V_k1，初始柵極電壓設(shè)置為V_g1，初始陽(yáng)極電壓設(shè)置為V_a1的條件下，掃描陰極發(fā)射面溫度，然后通過(guò)擬合求出公式(7)和該條件下陰極發(fā)射面的溫度補(bǔ)償系數(shù)；由于V_g-k和V_a-k對(duì)M(V_g-k,V_a-k)的影響映射在電流上非常微小，因此將M(V_g-k,V_a-k)等價(jià)M，忽略V_g-k和V_a-k對(duì)它的影響，所以有陰極發(fā)射電流公式為：

front部分是當(dāng)陰極發(fā)射面溫度為T(mén)₀時(shí)，在陰極電壓、柵極電壓和陽(yáng)極電壓控制下，陰極發(fā)射電流的大小；Back部分是實(shí)際陰極發(fā)射面溫度T對(duì)front部分電流的補(bǔ)償和修正；公式(15)表明了陰極發(fā)射電流與陰極電壓、柵極電壓、陽(yáng)極電壓和陰極發(fā)射面溫度之間的關(guān)系；

本步驟中陰極發(fā)射面溫度的掃描范圍須滿(mǎn)足截獲電流和回轟陰極電流同時(shí)為0mA，以使得電子槍輸出電流等于陰極發(fā)射電流；

步驟3、根據(jù)陰極發(fā)射能力測(cè)試數(shù)據(jù)中的燈絲電壓和燈絲溫度，建立燈絲電壓與燈絲溫度之間的關(guān)系：

T_F＝m*V_F+n (16)

其中，V_F為燈絲電壓，T_F為燈絲溫度，m和n分別為公式(16)的斜率和截距；由于燈絲溫度和陰極發(fā)射面溫度近乎相等，所以將公式(16)帶入到公式(15)得到：

令e＝M*m，f＝M*(n-T₀)，化簡(jiǎn)得：

公式(18)反映了在該電子槍模型下，陰極發(fā)射電流與陰極電壓、柵極電壓、陽(yáng)極電壓和燈絲電壓之間的關(guān)系；

由于步驟1和步驟2中的柵極電壓、陽(yáng)極電壓和陰極發(fā)射面溫度的掃描范圍滿(mǎn)足截獲電流和回轟陰極電流同時(shí)為0mA，因此電子槍輸出電流等于陰極發(fā)射電流；

故公式(18)建立了電子槍輸出電流與陰極電壓、柵極電壓、陽(yáng)極電壓和燈絲電壓之間的關(guān)系，至此完成整個(gè)電子槍數(shù)學(xué)模型的建立。