Завдання 1
1) Користуючись методикою прямої Річардсона визначити значення термоелектронної сталої та потенціалу виходу. Отримане значення термоелектронної сталої в подальшому використовувати для розрахунків.
Для розрахунку температуру брати в межах 2000-2500 К, щільність струму емісії в межах 2-15 А/см2 . Для отримання прямої необхідно взяти близько 10 точок при рівномірному зростанні температури та струму емісії.
J |
Т |
1/T |
ln(J/T^2) |
|
|
|
|
|
|
0 |
14 |
20000 |
2000 |
0,0005 |
-5,298317367 |
33000 |
2050 |
0,000487805 |
-4,846927304 |
46000 |
2100 |
0,00047619 |
-4,562988572 |
59000 |
2150 |
0,000465116 |
-4,361153519 |
72000 |
2200 |
0,000454545 |
-4,208003881 |
85000 |
2250 |
0,000444444 |
-4,086964455 |
98000 |
2300 |
0,000434783 |
-3,988606046 |
111000 |
2350 |
0,000425532 |
-3,907055734 |
124000 |
2400 |
0,000416667 |
-3,838411188 |
137000 |
2450 |
0,000408163 |
-3,779950402 |
150000 |
2500 |
0,0004 |
-3,729701449 |
Булуємо графік 1
залежності
від
Із графіка знаходимо що A=exp(14)=120*104 A/(м2*град2)
tg(α)= 27995,6
=2.4134
B
2) По формулі
для заданих параметрів діода потрібно
визначати залежність емісійного струму
від температури катода при
= 0 і
відхилення величини струму, обумовлену
впливом електричного поля біля катоду
при максимальному значенні анодної
напруги.
Розрахунки проводяться при зміні
температури катода в межах 0,75 - 1,5 від
робочої температури, зазначеної в
таблиці 1 для обраного матеріалу катода.
Таблиця 1
Параметр термоелектронної емісії |
Матеріал катода |
Торійований вольфрам |
|
Робота виходу W0 , еВ |
2,6 |
Коефіцієнт Шоттки, |
0,87 |
Робоча температура, К |
1900 |
Ефективність, мА /Вт |
50 |
Таблиця 2
№ варіанта |
Матеріал катода |
Відстань між анодом і катодом |
Максимальна анодна напруга U A макс , В |
|
d1, см |
d2, см |
|||
14 |
Торійований вольфрам |
1,0 |
2,5 |
1000 |
Js |
Т |
Wo |
k, еВ/К |
коэф Шотки |
Ao |
203,336 |
1425 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
1685,331 |
1567,5 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
9969,349 |
1710 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
45441,89 |
1852,5 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
168620,5 |
1995 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
530367,4 |
2137,5 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
1457662 |
2280 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
3583238 |
2422,5 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
8022924 |
2565 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
16599025 |
2707,5 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
32102903 |
2850 |
2,6 |
8,62E-05 |
0,87 |
1200000 |
|
|
|
|
дельта фи |
дельта фи |
Js, при d1 |
Js, при d2 |
Т |
Wo |
при d1 |
при d2 |
224,1986 |
216,29284 |
1425 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
1841,821 |
1782,6828 |
1567,5 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
10814,73 |
10495,988 |
1710 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
48987,59 |
47653,324 |
1852,5 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
180804,5 |
176227,28 |
1995 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
566051,4 |
552665,13 |
2137,5 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
1549417 |
1515040,3 |
2280 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
3795140 |
3715838 |
2422,5 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
8470295 |
8303037,8 |
2565 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
17474635 |
17147566 |
2707,5 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
33709599 |
33109928 |
2850 |
2,6 |
0,011997577 |
0,00758793 |
Графік 2 залежність емісійного струму від температури катода при = 0 і відхилення величини струму, обумовлену впливом електричного поля біля катоду при максимальному значенні анодної напруги
3) По формулі
виконується розрахунок вольтамперної
характеристики діода при обмеженні
струму просторовим зарядом електронів
для двох відстаней між анодом і катодом
при робочій температурі катода
(див. табл. 1). Розрахунки проводяться до
режиму насичення анодного струму, при
якому IАмакс=Is(T).
Результати розрахунків
повинні бути представлені у вигляді
графічних залежностей струму від
напруги. При розрахованому максимальному
значенні струму вибирається не більше
10 точок на вольтамперній характеристиці
діода.
Режим насичення анодного струму IАмакс=Is(1900) = 77275,3 А
Ua, В |
d1, м |
d2, м |
Ja при d1 |
Ja при d2 |
0 |
0,01 |
0,025 |
0 |
0 |
100 |
0,01 |
0,025 |
23,3 |
3,728 |
200 |
0,01 |
0,025 |
65,90235 |
10,54438 |
300 |
0,01 |
0,025 |
121,0704 |
19,37126 |
400 |
0,01 |
0,025 |
186,4 |
29,824 |
500 |
0,01 |
0,025 |
260,5019 |
41,68031 |
600 |
0,01 |
0,025 |
342,4387 |
54,79019 |
700 |
0,01 |
0,025 |
431,522 |
69,04353 |
800 |
0,01 |
0,025 |
527,2188 |
84,35501 |
900 |
0,01 |
0,025 |
629,1 |
100,656 |
1000 |
0,01 |
0,025 |
736,8107 |
117,8897 |
Графік 3 залежності струму від напруги
4) Врахування впливу електричного поля біля катоду на його емісійні властивості виконується в режимі насичення струму, при якому спостерігається слабка залежність струму від напруги. Результати розрахунків представляються на одному графіку залежності IA =f(UA), який враховує обоє фактора обмеження анодного струму (просторовим зарядом електронів і температурою катода).
Ua |
delta_fi_d1 |
delta_fi_d2 |
Ja1=Js(T) |
Ja2=Js(T) |
0 |
0 |
0 |
71816,922 |
71816,92 |
100 |
0,003793967 |
0,002399515 |
73499,98118 |
72876,85 |
200 |
0,005365479 |
0,003393427 |
74208,62738 |
73320,45 |
300 |
0,006571343 |
0,004156082 |
74757,02003 |
73662,67 |
400 |
0,007587934 |
0,004799031 |
75222,48355 |
73952,41 |
500 |
0,008483568 |
0,005365479 |
75634,96596 |
74208,63 |
600 |
0,009293283 |
0,005877588 |
76009,825 |
74441,03 |
700 |
0,010037893 |
0,006348521 |
76356,18305 |
74655,38 |
800 |
0,010730959 |
0,006786854 |
76679,98328 |
74855,45 |
900 |
0,011381901 |
0,007198546 |
76985,35347 |
75043,85 |
1000 |
0,011997577 |
0,007587934 |
77275,29876 |
75222,48 |
Графік 4 залежності графіку залежності IA =f(UA)
Висновки: 1. При збільшенні відстані між катодом і анодом емісійний струм знижуеться це можно побачити з графіка 3.
2. При збільшенні напруги на аноді також підвищуеться струм на аноді