Теория и практика создания системы автоматизированного проектирования вторично-электронных канальных умножителей

• Автор: Гончаров, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Владикавказ
• Количество страниц: 257 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор вопросов моделирования поведения электронов в условиях электрических полей вторичноэмиссионных канальных умножителей.
2 Разработка общего алгоритма системы автоматизированного проектирования многоканального элекгронного умножителя.

2.1 Построение алгоритма САПР микроканальных пластин.

2.2 Решение оптимальной задачи в САПР МКП

3 Разработка математического обеспечения САПР многоканальных умножителей

3.1 Моделирование электрического поля в объме канала МКП

и специал ьном устройстве

3.2 Разработка математической модели поведения электронов в канале

и прилегающих областях изделия применения

4 Разработка программных алгоритмов расчта процессов в каналах МКП, функционирующей в составе ЭОП.
4.1 Разработка блоксхемы системы расчта
4.2 Алгоритм расчта электрического поля в пространстве
выход МКПэкранный промежуток ЭОП.
4.3 Алгоритм расчта распределения электрического поля в канале
4.4 Алгоритм расчта траекторий электронов и коэффициента
усиления канала.
4.5 Алгоритм расчта энергий и углов вылета электронов из каналов
4.6 Алгоритм расчта и анализа диаметра кружка рассеяния электронного изображения канала.
5 Автоматизированное исследование процессов усиления в различных
каналах с использованием разработанных средств САПР.
5.1 Анализ явлений на входе и выходе канального умножителя
5.2 Исследование процессов умножения электронов в каналах
круглого сечения
5.3 Исследование влияния отклонений в величине диаметра канала
на его усилительную способность.
I
5.4 Исследование влияния эффективности РЭС на поведение
дефекта электронного изображения МКП сотовая структура
5.5 Исследование процессов усиления в каналах с нарушенной
формой сечения
6 Разработка методики и алгоритма автоматизированного исследования явления токового насыщения.
6.1 Моделирование явления токового насыщения усиления
в канальном умножителе
6.2 Разработка алгоритма автоматизированного исследования явления токового насыщения усиления.
7 Моделирование и анализ поведения электронов
в высоковольтном экранном промежутке ЭОП с МКП
7.1 Теория и расчт энергетических и угловых распределений электронов, вылетающих из каналов различных сечений.
7.2 Моделирование и анализ диаметра кружка рассеяния
канального изображения
Заключение
Список литературы


Численные модели можно разделить на два класса: 1) модели, основанные на использовании аппарата дифференциальноразностных уравнений и разбиении структуры прибора на большое число элементарных конечных участков. Ввиду высокого числа неизвестных, особенно в трёхмерных моделях, решение систем разностных уравнений трудоёмко. Применяются итерационные модели [6, ]; 2) модели, использующие представление изделия в виде отдельных областей, отражающих многомерный характер структуры прибора - метод региональной аппроксимации [, , ]. Их достоинством является возможность построения иерархии моделей различной сложности и различной детализации описания процессов. При проектировании сложной системы, моделировании сложных явлений, например процесса распределения электрического поля в глубине канала, на его выходе и в высоковольтном экранном промежутке, становится трудным и даже невозможным из-за огромных вычислительных затрат и разномасштабности элементов конструкции использовать “элементарный подход”, предусматривающий построение полной модели. Такой подход, получивший название макромодельного, применяется при создании САПР в данной работе. При расчете численными методами электронно-оптических систем, описываемых уравнением Лапласа, можно использовать следующие подходы: метод интегральных уравнений, метод эквивалентных зарядов, метод конечных разностей, вариационные методы. Их процедура сводится к составлению и решению системы линейных уравнений. Все необходимые характеристики электрического поля в дальнейшем могут быть вычислены на основании решения данной системы. Разные методы отличаются способом её составления, способом учета граничных условий, своими функциональными возможностями. В некоторых источниках [, ] предлагается для расчета полей, формируемых объёмными проводниками сложной формы, использовать метод интегральных уравнений. Отмечается, что для него характерны высокая точность, широкие функциональные возможности, в частности тщательность описания границ раздела сред. Задача нахождения распределения потенциала методом интегральных уравнений решается просто, если известно положение и величины зарядов. Б . Воспользоваться непосредственно уравнением () для определения потенциала невозможно, т. При подаче на них потенциалов заряды распределяются по поверхности так, что весь электрод приобретает одинаковый потенциал, а нахождение закона их распределения является весьма сложной задачей. Поэтому при реализации метода интегральных уравнений на ЭВМ всю поверхность электродов необходимо разбить на большое (до 0 - 0) число участков N. Таким образом, непрерывное распределение поверхностного заряда заменяется дискретным. Яь т - расстояние от / - того- участка электрода до участка т. Значение и известно, оно равно потенциалу соответствующего участка электрода. Если обозначить ^ т за (р-„ т , то рассчитать т с помощью ЭВМ не представляет труда. Рассмотренный метод, используемый при построении САПР ЭОС изделий вакуумной электроники, позволяет адекватно определять распределение объёмного электрического поля, внешних полей, формируемых электродами любой формы. Для решения внутренних задач с чётко обозначенными границами исследуемой области в отсутствие электродов неправильной формы можно также воспользоваться методом конечных разностей, который отличается экономичностью по числу арифметических действий. Расчет методом конечных разностей состоит в замене непрерывного дифференциального уравнения системой алгебраических уравнений, в определении значений потенциалов в дискретных точках, равномерно распределённых по всей области ЭОС и поля. В качестве таких точек можно использовать узлы квадратной сетки, которая наносится на внутриэлектродную область. Необходимо, чтобы наибольшее число узлов попадало на электроды. Узлам межэлектродного пространства присваиваются предполагаемые значения потенциалов. Затем в заданной последовательности пересчитываются указанные значения потенциалов, начиная с некоторого начального узла сетки, до тех пор, пока не будет достигнута достаточная точность. В качестве критерия адекватности расчёта ?