Электровакуумные приборы (электронные лампы, электрон­но-лучевые трубки, фотоэлектронные умножители, фотоэлементы и др.) наряду с полупроводниковыми составляют основу современной радиоэлектронной техники.

Электровакуумные приборы используют в своей работе направленный поток электронов в вакууме, возникающий и результате физического явления электронной) эмиссии, под которым понимают явление испускания электронов металлом под влиянием тепла, света или иных воздействий.

Сущность электронной эмиссии заключается в следую­щем. Как известно, электроны в металлах способны срав­нительно легко покидать свои атомы. Такие электроны получили название свободных. Их место в атомах занимают другне свободные электроны, которые так же легко могут оставить атомы. Если к проводнику не приложено электри­ческое напряжение, то свободные электроны движутся хаотично, в самых различных направлениях и с разными скоростями. Свободные электроны могут покинуть провод­ник, однако этому препятствуют две причины.

Во-первых, над поверхностью проводников образуется слой отрицательных зарядов, создаваемых теми электро­нами, которые на мгновение покидают проводник и возвращаются снова. Этот слой существует постоянно, так как и имей вернувшимся в проводник электронам над его поверхностью появляются новые и т. д. Но раз какое-то количество электронов находится вне проводника, то сам проводник должен иметь избыточные положительные заряды, образованные теми атомами, которые потеряли электроны. Положительные заряды концентрируются у внутрен­ней поверхности проводника. Двойной электрический слой из отрицательных и положительных зарядов создает тор­мозящее поле у поверхности проводника. Значит, для того чтобы покинуть проводник, электрону надо преодолеть это поле, то есть совершить некоторую работу. Следовательно, электрон должен обладать соответствующей энергией.

Во-вторых, каждый атом внутри металла в любой мо­мент времени может потерять электрон и превратиться в ион, и, наоборот, каждый ион в любой момент может вре­менно захватить свободный электрон и стать нейтральным атомом. Пока электрон находится внутри проводника, силы притяжения его ионами взаимно уравновешиваются. Когда же электрон приближается к поверхности провод­ника, равновесие нарушается и возникает сила, направлен­ная внутрь проводника (потому что там больше ионов, чем у поверхности). Чтобы выйти за пределы проводника, электрон должен преодолеть и эту силу, то есть обладать энергией, необходимой для совершения некоторой работы.

Работу, которую должен проделать электрон, чтобы покинуть металлический проводник, называют работой вы­хода. Эта работа во многом определяется материалом про­водника: например, для вольфрама она равна 4,52 эВ (электронвольт), а для бария 2,11 эВ, то есть почти в два раза меньше.

Только небольшая часть электронов обладает энергией, достаточной для совершения работы выхода. 11очтому, чтобы эмиссия была полноценной, электронам нужно сообщать добавочную энергию. В зависимости от того, под влиянием какого фактора электроны получают дополнительную энергию, различают несколько видов электронной эмиссии.

Термоэлектронная эмиссии возникает при нагреве ме­талла до температуры 1000-2500 С. Этот вид эмиссии ши­роко используется в электронных лампах.

Фотоэлектронная эмиссия, характерная для фотоэле­ментов, образуется при воздействии па поверхность ме­талла потока световой энергии.

Вторичная электронная эмиссия возникает при бомбар­дировке поверхности металла потоком электронов или ионов. Этот вид эмиссии используется в фотоэлектронных умножителях, в ионных приборах с холодным катодом.

Автоэлектронная эмиссия создается в результате воз­действия на проводник сильного электрического поля (приборы, использующие автоэлектронную эмиссию, в дан­ном пособии не рассматриваются).