2. Краткое описание тетрода 6э5п

Вакуумные электронные приборы (радиолампы и т.д.) представляют собой сосуды (чаще стеклянные, реже металлические), из которых выкачан воздух. Внутри имеются два (в диодах) и более (в многоэлектродных лампах) металлических электродов с выводами наружу. При работе радиолампы электроны вследствие термоэлектронной эмиссии вылетают из нагретого катода. В многоэлектродных лампах они движутся к аноду, проходя сквозь или мимо управляющих электродов – сеток, на которые могут подаваться разные потенциалы.

В настоящей работе используется тетрод с маркировкой 6Э5П¹. На рис.6.2 приведена схема расположения электродов лучевого тетрода. Тетрод 6Э5П – выходной тетрод высокой частоты. В радиотехнике он используется для усиления мощности в диапазоне частот до 200 МГц. На рис.6.3 приведены схематическое изображение этой лампы и указаны обозначения ее выводов.

В тетроде 6Э5П катод и анод имеют форму пластин. Схематически расположение катода, анода и сеток соответствует рис.6.2. Расстояние между анодом и второй сеткой около 4,5 мм, расстояние между двумя точками второй сетки, расположенными по разные стороны от катода равно 2 мм.

Рис.6.2 Поперечное сечение тетрода: 1 – катод, 2 – первая сетка, 3 – вторая сетка, 4 – анод

Рис.6.3. Схематическое изображение лампы 6Э5П и обозначения ее выводов: 1 и 6 – нить накала, 2 – анод, 4 и 9 – катод и экран, 5 – вторая сетка, 8 – первая сетка, 3 и 7 – свободные

3. Экспериментальная установка

В экспериментальной установке (рис. 6.4) лампа 6Э5П помещена в соленоид таким образом, чтобы магнитное поле было перпендикулярно направлению движения электронов.

На сетку 1 лампы подаётся напряжение U₁. На сетку 2 и на анод подаются равные потенциалы, превышающие потенциал сетки 1 ¹. Ток в цепи катод-анод лампы измеряется с помощью микроамперметра A₁, ток в цепи катушки соленоида – с помощью амперметра А₂.

Плотность намотки соленоида равна n = 4600±200 м^-1 (это значение проверено путем измерения магнитного поля соленоида с помощью датчика Холла, см. работу 2.7).

Рис. 6.4. Схема экспериментальной установки

4. Методика определения удельного заряда электрона

Для определения удельного заряда электрона используется тетрод 6Э5П, помещенный в однородное магнитное поле, созданное соленоидом. Рассмотрим ситуацию, при которой в области катод – сетка присутствует только электростатическое поле, а в области сетка – анод – только магнитное (рис. 6.5а).

а б

Рис. 6.5. Траектория электрона в упрощенной (а) и реалистической (б) моделях трехэлектродной радиолампы

В области катод – сетка на электрон действует сила

, (6.3)

перпендикулярной скорости , электроны движутся по окружностям (точнее их дугам) радиуса . Центростремительное ускорение электрона создается силой Лоренца . Тогда, согласно второму закону Ньютона, получим:

. (6.5)

Из уравнения (6.5) определяется радиус орбиты R

. (6.6)

Индукция магнитного поля соленоида определяется выражением

, (6.7)

где Гн/м – магнитная постоянная; – число витков приходящихся на единицу длины соленоида, – сила тока соленоида. Следовательно, величину индукции поля , а значит и радиус R можно изменять, изменяя силу тока в соленоиде. Число электронов, достигающих анод (анодный ток ) будет зависеть от значения R, т.е. от силы тока в соленоиде (рис. 6.6).

Если постепенно увеличивать индукцию В магнитного поля в промежутке между сеткой и анодом, то при достижении критического значения (6.8) ток между сеткой и анодом в рассматриваемой упрошенной модели должен был бы упасть до нуля. В действительности из-за столкновений с атомами остаточного газа и другими электронами электроны, начинающие движение по дуге

Рис. 6.6. График зависимости тока анода от тока соленоида

окружности будут отклоняться с нее в разные стороны (см. рис. 6.5б). Кроме того есть разброс по энергиям электронов, с которыми они покидают катод. В результате электронный пучок будет расширяться, а на дуге окружности будет оставаться лишь центр пучка. Плотность пучка при удалении от дуги плавно уменьшается. Поэтому даже, если центр пучка (дуга) перестает достигать анода, то часть электронов на него все-таки попадают и ток на аноде не падает до нуля (участок кривой СА на рис. 6.6.). Тем не менее, значительное падение тока на аноде при ( ), может быть экспериментально зарегистрировано. При ( ) большинство электронов достигают анода (участок кривой BС на рис. 6.6.).Критическому значению тока соленоида соответствует критическое значение индукции магнитного поля внутри соленоида ,

. (6.9)

Решая совместно (6.4) и (6.6) с учетом R=R_кр=d, получим для определения удельного заряда электрона следующее соотношение

(6.10)

или, учитывая (6.9),

. (6.11)

В действительности магнитное поле присутствует как в области сетка – анод, так и в области катод – сетка. Поэтому на электрон, движущийся в области катод – сетка будут действовать силы со стороны электрического и магнитного полей

. (6.12)

Оценим эти силы. При разности потенциалов между катодом и второй сеткой скорость электрона при достижении им второй сетки, согласно (6.4), будет равна

м/с.

При такой скорости и параметрах установки

; n = 4630 м^-1, мТл

сила Лоренца, действующая на электрон, будет равна

Н.

Электростатическая сила при расстоянии между катодом и второй сеткой а=0,5 мм (соответствующем данному тетроду) будет равна

Н.

Полученное соотношение между двумя силами на завершающем участке траектории электрона вблизи второй сетки и тот факт, что электростатическая сила постоянна, а сила Лоренца прямо пропорциональна скорости электрона, дает основание придерживаться выше упомянутой методики расчета удельного заряда электрона. Поэтому в области катод – сетка, воздействием на электрон магнитного поля пренебрегаем и считаем траекторию движения электрона в этой области прямолинейной.