Результаты измерений и расчета параметров катода

Uн, В
Iн, А
Р, Вт
T, К

Экспериментальная часть (выполнение измерений)

Учебная задача 4. Построение анодных вольтамперных характеристик.

Определение токов насыщения диода

Таблица 2а

Результаты измерений анодного тока и напряжения при условии

U_н1 = 4,5 В (T₁ = )

UА, В

IА, мА

Таблица 2б

Результаты измерений анодного тока и напряжения при условии

U_н2 = 5,5 В (T₂ = )

UА, В

IА, мА

Обработка экспериментальных данных

Построение анодных вольтамперных характеристик диода и их анализ

Основные учебные задания по данному этапу:

3. Выделить участок, который можно отнести к области насыщения тока. Определить соответствующие токи насыщения I_нас1 и I_нас2. Для этого на графиках выбрать прямолинейный участок и выполнить экстраполяцию на нулевое значение напряжения (рис. 4). Поскольку ток насыщения диода характеризует именно термоэлектронную эмиссию, то определенное из опыта значение тока насыщения можно приравнять току эмиссии I_насыщ = I_{эмиссии}

Сделать вывод: как зависит ток насыщения вакуумного диода от температуры накала.

4. Приняв площадь катода S = 0,15 см², рассчитать удельную эмиссию при различных температурах катода . (4)

1. Д ля режима насыщения рассчитать максимальную мощность тока, выделяющуюся на аноде лампы и оценить количество электронов n, попадающих на анод в единицу времени при этих условиях: .

2. Рассчитать эффективность катода как отношение тока эмиссии к мощности тока, затрачиваемой на нагрев катода: . (5)

Учебная задача 5. Оценка основных эмиссионных параметров катода. Расчет эмиссионной постоянной и работы выхода с помощью формулы Ричардсона-Дешмана

Запишем основное уравнение для тока термоэлектронной эмиссии (формулу Ричардсона-Дешмана) для двух близких температур катода:

, . (6)

Так как Т₁  Т₂, то, положив предэкспоненциальный множитель постоянной величиной, разделив уравнения и прологарифмировав, получим выражение для расчета работы выхода электрона:

. (7)

Если температуры Т₁ и Т₂ близки друг к другу, то для определения эмиссионной постоянной справедлива приближенная формула:

. (8)

Основные учебные задания по данному этапу:

3. Рассчитать по формуле (7) работу выхода A_вых электрона из материала катода.

4. Рассчитать по формуле (8) значение эмиссионной постоянной катода.

5. Сравнить полученные результаты с литературными данными и определить тип катода исследуемого вакуумного диода.

6. Используя найденные опытным путем значения эмиссионной постоянной и работы выхода электрона, записать эмпирическую формулу Ричардсона – Дешмана, с помощью которой для данного катода можно рассчитать плотность тока термоэлектронной эмиссии в интервале температур:

(9)

11. Сравнить определенное из опытных данных значение R_эм с теоретическим значением эмиссионной постоянной и вычислить коэффициент отражения Шотки:

. (10)

Учебная задача 6. Анализ режима пространственного заряда

П ри постоянной температуре катода зависимость силы тока через лампу I_А от напряжения на аноде U_А имеет вид, приведенный на рис. 5. На данной ВАХ режиму пространственного заряда соответствует область I. В данном режиме работы лампы эмитируемые катодом электроны образуют распределенный в пространстве между катодом и анодом отрицательный объемный заряд. Поле этого заряда оказывает существенное влияние на токи в лампе. Этот участок ВАХ довольно хорошо согласуется с теоретически полученным законом «трех вторых»: , (11) где g— коэффициент, зависящий от конструкции лампы и конфигурации электродов, его называют первеанс.

Если значение коэффициента g определено из опыта, то для этого режима работы можно рассчитать выходную проводимость лампы G_i и внутреннее дифференциальное сопротивление диода dR_i:

, (12)

Дополнительные учебные задания

4. На ВАХ, полученной при условии U_н2 = 5,5 В, выбрать три точки в области пространственного заряда и, применив «закон трёх вторых» (формула 11), определить три значения первеанса лампы. Полученные значения коэффициента усреднить и среднее значение первеанса двухэлектродной лампы g_ср использовать при последующих расчетах.

5. Для режима пространственного заряда с помощью закона Богуславского – Ленгмюра (формула 12) рассчитать выходную проводимость лампы G_i и внутреннее дифференциальное сопротивление диода dR_i.

6. Рассчитать удельный заряд электрона с помощью соотношения Чайлда – Ленгмюра.