1 лаба

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра РТЭ

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»

Тема: Исследование процесса отбора катодного тока в диодах

Студент гр. 6209		Тойкка А.С.
Преподаватель		Шевченко С.А.

Санкт-Петербург

2018

Цель работы.

Экспериментальное изучение основных законов отбора катодного тока в диодах

Основные справочные данные исследуемых диодов.

Ra= 1,2 мм

Rk= 0,7 мм

La= 10 мм

Βa²= 0,14

I_{a max} =70 мA

U_{A max} =75 В

И змерительные схемы.

Рисунок 1 – Измерительная схема для установки с диодом

Основные теоретические положения.

Катодным током в вакуумных электронных приборах называется ток электронов, эмитированных катодом и преодолевших минимум потенциала вблизи него. Катодный ток обычно меньше тока эмиссии и, в крайнем случае, равен ему. В диоде, где электронный поток распространяется от катода к аноду без потерь электронов, катодный ток численно равен анодному, поэтому закономерности отбора катодного тока можно изучать, анализируя изменения анодного тока.

Рисунок 2 – Статическая анодная характеристика

Рисунок 3- Эмиссионные характеристики

Объяснение наличия двух участков характеристик с различными законами отбора катодного тока следует искать в специфике электрического поля в диоде. В вакуумном диоде, как и во всяком другом электронном приборе, в общем случае электрические поля создаются двумя источниками: поверхностными зарядами, возникающими на электродах при подключении к ним сторонних источников ЭДС, и пространственными зарядами  заряженными частицами, возникающими и движущимися между электродами. В диодах с простейшей формой электродов (плоской, цилиндрической, сферической), в которых изменение потенциала является функцией одной координаты, поля поверхностных зарядов легко рассчитать по известным из теории поля формулам для распределения потенциала между обкладками соответствующих воздушных конденсаторов.

Рисунок 4 – Распределение потенциала в идеальном диоде с термокатодом

Распределение потенциала, созданное отрицательным пространственным зарядом электронов, показано кривой .Результирующее (суммарное) распределение потенциала изображено сплошными кривыми, из которых самая нижняя, соответствующая , совпадает с кривой .

Из анализа приведенных кривых следует, что в идеальном плоском диоде с накаленным катодом электрическое поле характеризуется нелинейным распределением потенциала. При этом в случае больших положительных анодных напряжений все точки межэлектродного пространства будут иметь положительные потенциалы. Если же анодные напряжения невелики , то вблизи катода имеется область отрицательных значений потенциала, которая обусловлена нескомпенсированным действием поля пространственного заряда электронов. При этом минимум потенциала оказывается в плоскости, расположенной на расстоянии от катода.

При небольших анодных напряжения () область отрицательного потенциала вблизи катода, играющая роль потенциального барьера для эмитированных катодом электронов, снижает катодный ток по сравнению с током эмиссии, поскольку потенциальный барьер смогут преодолеть и составить катодный ток лишь те электроны, у которых энергия, связанная с нормальной составляющей их начальной скорости, . Остальные же электроны, отразившись от барьера, возвратятся на катод. С изменением от нуля до высота барьера меняется от максимального значения до нуля, и вследствие этого катодный ток возрастет от минимального значения до значения, равного эмиссионному току, или току насыщения .

Эффект Шоттки  это увеличение тока эмиссии термокатода под действием внешнего ускоряющего электрического поля вблизи катода, вызванное снижением поверхностного потенциального барьера и, следовательно, понижением работы выхода.

Каждый из рассмотренных режимов отбора катодного тока описывается своим математическим выражением. В режиме пространственного заряда таким выражением в приближенном виде является закон «степени 3/2» , где  первеанс диода, определяемый выражением , K – коэффициент формы электродов, K = 1 для идеального плоского диода и для цилиндрического диода,  действующая поверхность анода,  расстояние между анодом и катодом,  радиус анода и  функция отношения к .

Обработка результатов эксперимента.

1.Анодные характеристики диода

Таблица 1- Анодные характеристики при Uн= 6,3 В

U, В	0	4	8	12	14	16
I, мА	0,2	8	18	33	45	65

Таблица 2- Анодные характеристики при Uн= 5 В

U, В	0	4	8	12	14	16
I, мА	0,1	7	17	32	45	62

Таблица 3- Анодные характеристики при Uн= 2,4 В

U, В	0	4	8	12	14	16	25	40	60	70
I, мА	0,01	6	12	15	16	17	18	19	20	21

Построение графика по исходным данным.

Рисунок 2- Анодные характеристики вакуумного диода

2. Начальные характеристики

При UA= 10 B

Таблица 4 – Начальные характеристики при UA= 10 B

Uн, В	2,4	5	6,3
I, мА	16	26	28

Таблица 5- Начальные характеристики при UA= 20 B

Uн, В	2,4	5	6,3
I, мА	18	64	65

Построение графика начальных характеристик по исходным данным

Рисунок 3 – Начальные характеристики вакуумного диода

3. Начальные токи

Таблица 6- Начальные токи

Uн, В	2,4	5	6,3
Iнач, мА	0,08	0,36	0,54

Построение графика начальных токов по исходным данным

Рисунок 4 – Зависимость начальных токов от напряжения накала

4. Расчет первеанса

Для реальной анодной характеристики первеанс не будет константой, и будет определяться выражением и будет зависеть от U_a

; I_a = I_k

Таблица 7- Расчет первеанса для Uн= 6,3 В

U, В	4	8	12	14	16
P	1,00	0,80	0,79	0,86	1,02

Таблица 8- Расчет первеанса для Uн= 5 В

U, В	4,00	8,00	12,00	14,00	16,00
P	0,88	0,75	0,77	0,86	0,97

Таблица 9- Расчет первеанса для Uн= 2,4 В

U, В	4,00	8,00	12,00	14,00	16,00
P, мА/В1.5	0,75	0,53	0,36	0,31	0,27

Теоретический расчет P=G

Построение зависимости первеанса от напряжения накала

Рисунок 5 – Зависимость величины первеанса от напряжения накала

10