А. И. Шокин.
Электронная автоматическая телефонная станция
Электро'нная автомати'ческая телефо'нная ста'нция(ЭАТС), ,в которой коммутация линий и каналов, а также управление процессами коммутации осуществляются устройствами на электронных элементах ( , , и т. д.). Принципы построения коммутационных устройств ЭАТС определяются главным образом методами разделения каналов - пространственного, частотного, временного разделения (коммутации); при этом методы частотного и временного разделения аналогичны методам уплотнения линий связи (см. ) .Распространение (1978) получили ЭАТС, в которых используются пространственная или (и) временная коммутация линий и каналов (см. ) .К ЭЛТС с пространственной коммутацией относятся станции, выполненные на основе т. н. пространственных полупроводниковых соединителей. Пространственная коммутация используется в основном в ЭАТС малой и средней ёмкости. В ЭАТС с временной коммутацией или групповой посредством электронных коммутаторов в определённые моменты предоставляется для передачи импульсных сигналов каждого канала. В таких ЭАТС для разделения сообщений применяют импульсную :в оконечных ЭАТС малой и средней ёмкости - амплитудно-импульсную и широтно-импульсную; в транзитных ЭАТС большой и средней ёмкости - импульсно-кодовую (ИКМ). Наиболее перспективны системы с ИКМ, при использовании которых открывается возможность объединения (интеграции) процессов передачи и коммутации и создания на этой основе интегральных цифровых систем связи. В англоязычной научно-технической литературе к ЭАТС с пространственной коммутацией относят также механоэлектронные автоматические телефонные станции (построенные на миниатюрных ) и .
Лит.:Лутов М. Ф., Электронные АТС, в кн.: Радиотехника и электросвязь, М., 1966 (ВИНИТИ. Итоги науки и техники); Прагер Э., Трнка Я., Электронные телефонные станции, пер. с чешск., М., 1976.
М. Ф. Лутов.
Электронная вычислительная машина
Электро'нная вычисли'тельная маши'на(ЭВМ), ,основные функциональные элементы которой (логические, запоминающие, индикационные и т. д.) выполнены на электронных лампах или полупроводниковых приборах, либо на интегральных микросхемах и т. д. Первые ЭВМ, как аналоговые (см. ) ,так и цифровые (см. ) ,появились в середине 40-х гг. 20 в. Благодаря преимуществам ЭВМ по сравнению с вычислительными машинами других типов (высокое быстродействие, компактность, надёжность, автоматизация вычислительного процесса и др.) они получили преимущественное использование при научно-технических расчётах, обработке информации (в том числе планировании, учёте, прогнозировании и др.), автоматическом управлении. См. также , , , , в технике.
Электронная и ионная оптика
Электро'нная и ио'нная о'птика,наука о поведении пучков электронов и ионов в вакууме под воздействием электрических и магнитных полей. Т. к. изучение электронных пучков началось ранее, чем ионных, и первые используют гораздо шире, чем вторые, весьма распространён термин «электронная оптика». Э. и и. о. занимается главным образом вопросами формирования, фокусировки и отклонения пучков заряженных частиц, а также получения с их помощью изображений, которые можно визуализировать на люминесцирующих экранах или фотографических плёнках. Такие изображения принято называть электроннооптическими и ионнооптическими изображениями. Развитие Э. и и. о. в значительной степени обусловлено потребностями электронной техники.
Зарождение Э. и и. о. связано с созданием в конце 19 в. (ЭЛТ). В первой осциллографической ЭЛТ, изготовленной в 1897 К. Ф. ,электронный пучок отклонялся магнитным полем. Отклонение с помощью электростатического поля осуществил в своих опытах по определению отношения заряда электрона к его массе Дж. Дж. ,пропуская пучок через плоский конденсатор, помещенный внутри ЭЛТ. В 1899 немецкий физик И. Э. Вихерт применил для фокусировки электронного пучка в ЭЛТ катушку из изолированной проволоки, по которой протекал электрический ток. Однако лишь в 1926 немецкий учёный Х. Буш теоретически рассмотрел движение заряженных частиц в магнитном поле такой катушки и показал, что она пригодна для получения правильных электроннооптических изображений и, следовательно, является электронной линзой (ЭЛ). Последующая разработка (магнитных и электростатических) открыла путь к созданию , и ряда др. приборов, в которых формируются правильные электроннооптические изображения объектов - либо испускающих электроны, либо тем или иным образом воздействующих на электронные пучки. Конструирование специализированных ЭЛТ для телевизионной и радиолокационной аппаратуры, для записи, хранения и воспроизведения информации и т. п. привело к дальнейшему развитию разделов Э. и и. о., связанных с управлением пучками заряженных частиц. Значительное влияние на развитие Э. и и. о. оказала разработка аппаратуры для анализа потоков электронов и ионов ( , и других аналитических приборов). В Э. и и. о., как правило, не рассматриваются вопросы, возникающие в ,лишь изредка рассматриваются процессы в , и других приборах и устройствах, специфика которых отделяет их от основных направлений Э. и и. о.
Для решения большинства задач Э. и и. о. достаточно рассматривать движение заряженных частиц в рамках классической ,т. к. волновая природа частиц (см. ) в этих задачах практически не проявляется. В таком приближении Э. и и. о. носит название геометрической Э. и и. о., что обусловлено наличием глубокой аналогии между геометрической Э. и и. о. и световых лучей, которая выражается в том, что поведение пучков заряженных частиц в электрических и магнитных полях во многом подобно поведению пучков лучей света в неоднородных оптических средах. В основе указанной аналогии лежит более общая аналогия между классической механикой и световой геометрической оптикой, установленная У. Р. ,доказавшим в 1834, что общее уравнение механики (уравнение Гамильтона - Якоби) по форме подобно оптическому уравнению эйконала. Как и в световой геометрической оптике, в геометрической Э. и и. о. вводится понятие ,при вычислении погрешностей изображения - аберраций, большая часть которых аналогична , -зачастую используется метод эйконала. Когда приближение геометрической Э. и и. о. недостаточно, например при исследовании электронного микроскопа, привлекаются методы .
В электроннооптических устройствах широко применяются электрические и магнитные поля, обладающие симметрией вращения относительно оптической оси системы. ЭЛ и электронные зеркала с такими полями называются осесимметричными. Электрические поля с симметрией вращения создаются электродами в виде цилиндров, чашечек, диафрагм с круглыми отверстиями и т. п. ( рис. 2 ). Для получения осесимметричных магнитных полей используют электромагниты (иногда постоянные магниты) с полюсами в форме тел вращения или тороидальные катушки с намоткой из изолированной проволоки, по которой пропускается электрический ток ( рис. 3 ). Осесимметричные линзы и зеркала создают правильные электроннооптические изображения, если заряженные частицы движутся достаточно близко к оси симметрии поля, а их начальные скорости мало отличаются друг от друга. Если эти условия не выполняются, погрешности изображения становятся весьма значительными. Когда предмет и изображение лежат за пределами поля, осесимметричные ЭЛ - всегда собирающие. В электростатических осесимметричных ЭЛ, как и в светооптических линзах со сферическими поверхностями, изображение может быть только прямым или перевёрнутым, в магнитных ЭЛ - оно дополнительно повёрнуто на некоторый угол. Электроннооптические свойства поля с симметрией вращения определяются положением его кардинальных точек, аналогичных осесимметричных светооптических изображающих систем: двух фокусов, двух главных точек и двух узловых точек. Построение изображения производится по правилам световой геометрической оптики. Электростатическим осесимметричным полям свойственны те же пять видов геометрических аберраций третьего порядка, что и светооптическим центрированным системам сферических поверхностей: , , изображения, и .В магнитных полях к ним добавляются ещё три: т. н. анизотропные дисторсия, астигматизм и кома. Кроме того, существуют три вида хроматических аберраций (в электростатических полях - два), обусловленных некоторым неизбежным разбросом энергий поступающих в поле частиц. Вообще говоря, аберрации полей с симметрией вращения в сопоставимых условиях значительно превышают по величине аберрации светооптических центрированных систем, т. е. ЭЛ и электронные зеркала по качеству существенно уступают светооптическим. Вопрос о компенсации аберраций или их уменьшении является одним из основных в теоретических Э. и и. о.
Существуют и другие типы ЭЛ и зеркал, поля которых обладают различными видами симметрии. Они формируют изображения точечных объектов в виде отрезков линий, однако иногда способны осуществлять и стигматическую фокусировку (точка в точку). Так называемые цилиндрические электростатические и магнитные линзы и зеркала создают линейные изображения точечных предметов. Поля в таких ЭЛ «двумерны» (их напряжённости описываются функциями только двух декартовых координат) и симметричны относительно некоторой средней плоскости, вблизи которой движутся заряженные частицы. В ряде аналитических электровакуумных приборов высококачественная фокусировка необходима только в одном направлении. В этих случаях целесообразно применять так называемые трансаксиальные электростатические ЭЛ или трансаксиальные электронные зеркала, аберрации которых в средней плоскости очень малы (сравнимы с аберрациями светооптических линз). Для воздействия на пучки заряженных частиц с большими энергиями используют квадрупольные ЭЛ (электрические и магнитные). Для отклонения пучков заряженных частиц используют электроннооптические устройства с электрическими или магнитными полями, направленными поперёк пучка. Простейшим электрическим отклоняющим элементом является плоский конденсатор ( рис. 4 ). В ЭЛТ с целью уменьшения отклоняющего напряжения применяют системы с электродами более сложной формы. Магнитные поля, предназначенные для отклонения пучков, создаются электромагнитами ( рис. 5 ) или проводниками, по которым течёт ток.
Очень разнообразны формы отклоняющих электрических и магнитных полей, применяемых в аналитических приборах, в которых используется свойство этих полей разделять (разрешать) заряженные частицы по энергии и массе. Широко используется также их свойство фокусировать пучки.
Электрические поля обычно формируются различными конденсаторами: плоским, цилиндрическим ( рис. 6 ), сферическим ( рис. 7 ). Из магнитных полей часто применяются однородное поле ( рис. 8 ) и секторное поле ( рис. 9 ). Для улучшения качества фокусировки искривляют границы секторных магнитных полей, а также применяют неоднородные магнитные поля, напряжённость которых меняется по определенному закону.
Перечисленные отклоняющие электрические и магнитные устройства, иногда называются электронными (ионными) призмами, отличаются от светооптических призм тем, что они не только отклоняют, но и фокусируют пучки заряженных частиц. Фокусировка приводит к тому, что попадающие в поля таких устройств параллельные пучки после отклонения перестают быть параллельными. Между тем для создания высококачественных аналитических электронных и ионных приборов по точной аналогии со светооптическим призменным спектрометром необходимы электронные (ионные) призмы, которые подобно световым призмам сохраняют параллельность пучков. В качестве таких применяют телескопические системы электронных линз. Добавив к электронной призме две ЭЛ, одну так называемую коллиматорную на входе, другую - фокусирующую на выходе, можно получить аналитический прибор, в котором сочетаются высокая разрешающая способность и большая электроннооптическая светосила.
Лит.:Арцимович Л. А., Лукьянов С. Ю., Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях, М., 1972; Бонштедт Б. Э., Маркович М. Г., Фокусировка и отклонение пучков в электроннолучевых приборах, М., 1967; Брюхе Е., Шерцер О., Геометрическая электронная оптика, пер. с нем., Л., 1943; Глазер В., Основы электронной оптики, пер. с нем., М., 1957; Гринберг Г. А., Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений, М. - Л., 1948; Зинченко Н, С., Курс лекций по электронной оптике, 2 изд., Хар., 1961; Кельман В. М., Явор С. Я., Электронная оптика, 3 изд., Л., 1968; Страшкевич А. М., Электронная оптика электростатических систем, М. - Л., 1966; Явор С. Я., Фокусировка заряженных частиц квадрупольными линзами, М., 1968.
В. М. Кельман, И. В. Родникова.
Рис. 2. Электроннооптическая система с симметрией вращения, предназначенная для формирования электронного пучка (электронный прожектор): 1 - подогревной катод; 2 - фокусирующий электрод; 3 - первый анод; 4 - второй анод; 5 - сечения эквипотенциальных поверхностей электростатического поля плоскостью рисунка. Штриховой линией обозначены контуры пучка. У электродов указаны их потенциалы по отношению к катоду, потенциал которого принят равным нулю. Электроды 1, 2, 3 образуют катодную электронную линзу, электроды 3 и 4 - иммерсионную.
Рис. 7. Сферический конденсатор: 1 - электроды конденсатора; 2 - точечный предмет; 3 - изображение предмета; 4 - кольцевые диафрагмы, ограничивающие пучок. Электроды имеют форму частей двух концентрических сфер. Изображение лежит на прямой, проходящей через источник и центр О этих сфер.
Рис. 8. Отклонение и фокусировка пучка заряженных частиц однородным магнитным полем: 1 - предмет; 2 - изображение. Заряженные частицы, испущенные линейным предметом (щелью) в пределах небольшого угла 2a, сначала расходятся, а затем, описав полуокружности с радиусом r, который для всех частиц с одной и той же массой и энергией одинаков, фокусируются, формируя изображение предмета в виде полоски шириной ra 2. Линейный предмет и полоска-изображение расположены параллельно силовым линиям магнитного поля, направленным перпендикулярно плоскости рисунка. О 1, О 2и О 3- центры круговых траекторий частиц.
Рис. 3. Магнитная линза в виде тороидальной катушки: а - вид сбоку; б - вид спереди; 1 - катушка; 2 - силовые линии магнитного поля; 3 - электронная траектория. Штриховой линией обозначены контуры электронного пучка, выходящего из точки А (предмет) и фокусируемого в точке В (изображение).
Рис. 6. Отклонение и фокусировка пучка заряженных частиц секторным цилиндрическим конденсатором: 1 - электроды конденсатора; 2 - выходная щель источника заряженных частиц; 3 - входная щель приемника заряженных частиц; 4 - диафрагмы, ограничивающие пучок. Электроды имеют форму частей круглых цилиндров. Щель источника играет роль предмета. Выходящий из неё расходящийся пучок частиц с определённой энергией фокусируется, образуя перпендикулярное к плоскости рисунка линейное изображение щели источника, с которым совмещается щель приемника.
Рис. 5. Отклонение пучка положительно заряженных частиц поперечным магнитным полем. N и S - магнитные полюса. Стрелки показывают направление магнитного поля в межполюсном зазоре.
Рис. 4. Отклонение пучка положительно заряженных частиц в поле плоского электростатического конденсатора. Стрелки показывают направление электрического поля внутри конденсатора.
Рис. 1. Отклонение электронного пучка в однородном поле плоского конденсатора: 1 - пластины конденсатора; 2 - электронный прожектор, испускающий электронный пучок. Силовые линии поля изображены пунктирными линиями, сечения эквипотенциальных поверхностей плоскостью рисунка - сплошными линиями. Потенциал поля V возрастает при перемещении сверху вниз.
Рис. 9. Отклонение и фокусировка пучка заряженных частиц секторным магнитным полем: 1 - магнитное поле; 2 - предмет (щель источника); 3 - изображение. Силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно плоскости рисунка. Изображение лежит на линии, соединяющей предмет с вершиной сектора О. Ширина изображения - того же порядка, что и в однородном магнитном поле.
Электронная камера
Электро'нная ка'мера, электроннооптический прибор для воспроизведения изображений объектов на фотоэмульсии (так называемая электронографическая пластинка), чувствительной к воздействию потока электронов. В астрономии Э. к. применяются в сочетании со светосильными телескопами, с помощью которых оптическое изображение объекта проецируется на фотокатод камеры. Возникающий при этом поток фотоэлектронов проецируется с помощью той или иной электроннооптической системы (электростатической, магнитной, электромагнитной или комбинированной; см. ) на электронографическую пластинку, где и фиксируется электронное изображение объекта, соответствующее его оптическому изображению на фотокатоде. Благодаря более эффективному, в сравнении с обычной фотографией, использованию светового потока, особенно в инфракрасной области спектра, Э. к. позволяют значительно сокращать выдержки, а в ряде случаев повышать .
Поскольку плотность изображения на эмульсии пропорциональна плотности падающего потока электронов, а последняя таким же образом зависит от освещённости фотокатода, то в характеристической кривой Э. к. нет области недодержек, свойственной обычным фотографическим эмульсиям. Это обстоятельство, а также значительная способность электронографической эмульсии к накоплению суммарного по времени воздействия электронов и её высокая разрешающая способность позволяют применять Э. к. для выявления слабых деталей спектров и структуры протяжённых небесных объектов.
Первая Э. к. для астрономических целей была создана А. Лаллеманом (Франция) в 50-х гг. 20 в.
Лит.:Курс астрофизики и звездной астрономии, под ред. А. А. Михайлова, 3 изд., т. 1, М., 1973.
Н. П. Ерпылёв.
Электронная конфигурация
Электро'нная конфигура'ция,см. в ст. .
Электронная лампа
Электро'нная ла'мпа, ,действие которого основано на изменении потока электронов (отбираемых от катода и движущихся в вакууме) электрическим полем, формируемым с помощью электродов. В зависимости от значения выходной мощности Э. л. подразделяются на (выходная мощность не свыше 10 вт) и (свыше 10 вт) .
Первые Э. л. (начало 20 в.) - и -разрабатывались на основе техники производства и по внешнему виду весьма походили на последние: стеклянная колба, в центре которой размещалась вольфрамовая нить накала, служащая катодом (слово «лампа» в названии «Э. л.» подчёркивало это сходство, «электронная» указывало на принципиальные различия). Уже в 30-е гг. внешний вид Э. л. существенно изменился, однако слово «лампа» в её названии сохранилось до сих пор. В 1-й половине 20 в. Э. л. оказали решающее влияние на характер развития .На их основе возникли ,звуковое , , , (ЭВМ 1-го поколения). За период 1921-41 ежегодный мировой выпуск Э. л. возрос с одного до сотен млн. штук. Однако успехи обусловили бесперспективность дальнейшей разработки радиоаппаратуры на приёмно-усилительных лампах. В 60-70-х гг. разработка такой аппаратуры была прекращена; в результате ежегодный мировой выпуск приёмно-усилительных ламп за 1960-73 уменьшился примерно в 3 раза. Успехи полупроводниковой электроники не повлияли на развитие генераторных ламп (поскольку выходная мощность полупроводниковых приборов на радиочастотах не превышает 10-100 вт) .Выпускаемые генераторные лампы (триоды и ) характеризуются мощностью от 50 втдо 3 Мвтв непрерывном режиме и до 10 Мвтв импульсном. При разработке новых типов генераторных ламп главное внимание уделяется линейности сеточной характеристики (зависимости анодного тока Э. л. от напряжения на первой - управляющей - сетке; у современных ламп искажения 3-го порядка снижены до - 45 дб) ;увеличению коэффициента усиления по мощности (до 25- 30 дб) ;повышению кпд (например, у триодов с магнитной фокусировкой электронов, используемых для высокочастотного нагрева, он доведён до 90%); уменьшению сеточного тока и т. д.
Лит.:Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; Йингст Т. [и др.], Лампы большой мощности с сеточным управлением - 1972 г., пер. с англ., «Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике», 1973, т. 61, № 3, с. 121-52; Клейнер Э. Ю., Основы теории электронных ламп, М., 1974.
В. Ф. Коваленко.
Электронная микроскопия
Электро'нная микроскопи'я,совокупность методов исследования с помощью (МЭ) микроструктуры тел (вплоть до атомно-молекулярного уровня), их локального состава и локализованных на поверхностях или в микрообъёмах тел электрических и магнитных полей (микрополей). Наряду с этим прикладным значением Э. м. является самостоятельным научным направлением, предмет и цели которого включают: усовершенствование и разработку новых МЭ и других корпускулярных микроскопов (например, протонного микроскопа) и приставок к ним; разработку методик препарирования образцов, исследуемых в МЭ; изучение механизмов формирования электроннооптических изображений; разработку способов анализа разнообразной информации (не только изображений), получаемой с помощью МЭ.
Объекты исследований в Э. м. - большей частью твёрдые тела. В просвечивающих МЭ (ПЭМ), в которых электроны с энергиями от 1
кэвдо 5
Мэвпроходят сквозь объект, изучаются образцы в виде тонких плёнок, фольги (
рис. 1
), срезов и т. п. толщиной от 1
нмдо 10
мкм(от 10
до 10
5
). Поверхностную и приповерхностную структуру массивных тел с толщиной существенно больше 1
мкмисследуют с помощью непросвечивающих МЭ: растровых (РЭМ) (
рис. 2
), зеркальных,
и
.
Можно изучать порошки, микрокристаллы, частицы аэрозолей и т. д., нанесённые на подложку: тонкую плёнку для исследования в ПЭМ или массивную подложку для исследования в РЭМ. Поверхностная геометрическая структура массивных тел изучается и методом :с поверхности такого тела снимается отпечаток в виде тонкой плёнки углерода, коллодия, формвара и др., повторяющий рельеф поверхности и рассматриваемый в ПЭМ. Обычно предварительно на реплику в вакууме напыляется под скользящим (малым к поверхности) углом слой сильно рассеивающего электроны тяжёлого металла (например, Pt), оттеняющего выступы и впадины геометрического рельефа. При исследовании методом так называемого декорирования не только геометрической структуры поверхностей, но и микрополей, обусловленных наличием ( рис. 3 ), скоплений точечных дефектов (см. ), ступеней роста кристаллических граней, доменной структуры (см. ) и т. д., на поверхность образца вначале напыляется очень тонкий слой декорирующих частиц (атомы Au, Pt и др., молекулы полупроводников или диэлектриков), осаждающихся преимущественно на участках сосредоточения микрополей, а затем снимается реплика с включениями декорирующих частиц.
Специальные газовые микрокамеры - приставки к ПЭМ или РЭМ - позволяют изучать жидкие и газообразные объекты, неустойчивые к воздействию высокого вакуума, в том числе влажные биологические препараты. Радиационное воздействие облучающего электронного пучка довольно велико, поэтому при исследовании биологических, полупроводниковых, полимерных и т. п. объектов необходимо тщательно выбирать режим работы МЭ, обеспечивающий минимальную дозу облучения.