При певному значенні напруги
Лабораторна робота N 212.
ЗНЯТТЯ анодній характеристиці двоелектродної ЕЛЕКТРОННОЇ ЛАМПИ.
1. Принцип дії електронних ламп.
Електрони утримуються усередині металу. • Значить, поблизу поверхні існують сили, що діють на електрони і спрямовані всередину металу. Це говорить про те, що в поверхневому шарі металу існує електричне поле. Для виривання електрона з металу потрібно зробити роботу А, яку називають роботою виходу;
де е - заряд електрона, U- поверхнева різниця потенціалів.
Походження сил, що діють на електрони і спрямованих всередину металу, можна пояснити двома причинами. Перша полягає в індукційному дії віддаленого з металу електрона, який викликає на поверхні металу індукований заряд протилежного знака. Тому між електроном і металом виникають кулонівських сили тяжіння.
Друга причина полягає в тому, що деякі з вільних електронів в результаті теплового руху можуть вийти за поверхню металу, утворюючи електронну хмару, що перешкоджає подальшому виходу електронів.
При кімнатних температурах лише незначна частина електронів усередині металу має достатній запас кінетичної енергії, щоб вирватися назовні. У міру підвищення температури число швидких електронів зростає, завдяки чому зростає і число електронів, які вирвалися з металу. При досить високій температурі настає помітне випускання електронів металом. Це явище носить назву термоелектронної емісії. Термоелектронна емісія лежить в основі пристрою ламп. Пристрій найпростішої електронної лампи, що містить всього два електроди / діод /, показано на рис.1. У скляний балон, з якого викачане повітря, до тиску порядку 10 -8 мм рт.ст. упаяні два металеві електроди: катод До в вигляді тонкої нитки і анод.А, виконаний зазвичай в формі циліндра.
При постійній температурі катода величина
анодного струму залежить від анодної напруги.
Графік залежності анодного струму від анодної напруги / рис.2 / прийнято називати анодної
характеристикою двоелектродної лампи / діода /. Характеристика ця нелінійна і, отже, електронна лампа являє собою приклад провідника, не підкоряється закону Ома. Зі збільшенням анодного напруги струм зростає відповідно до закону Богуславського - Ленгмюра / закон "трьох вто-яких":
де: В - постійна, що залежить від форми, розмірів і відносного розташування катода і анода, а так-же від температури катода.
При певному значенні напруги / Uнас / анодний струм приймає максимальне значення, можливе при даній температурі катода і зване струмом насичення.
Струм насичення Iн чисельно дорівнює заряду всіх електронів, що випускаються катодом в одиницю часу, тобто Iнас = eN
де: е - заряд електрона, N - число електронів, що випускаються катодом в одну секунду.
Тому збільшення анодної напруги після досягнення струму насичення не пов'язане зі зміною анодного струму.
Величина струму насичення залежить від температури катода і робо-ти виходу електрона з нього. Залежність ця виражається законом Річардсона - Дешмана:
де: iн - щільність струму насичення,
S - площа поверхні катода,
з - емісійна постійна катода,
К - постійна Больцмана,
Т - температура катода,
А - робота виходу електронів з катода,
е - основа натурального логарифма
В сучасних лампах широко застосовуються так звані ОКСИД-ІНШІ катода. Оксидний катод містить металеву підкладку
/ Керн /, на яку нанесено шар окислів лужноземельних металів / ВаО, Sг0, СаО / або їх суміш. Для додання катода високої емісійної здатності його піддають додатковій обробці / активированию /, яка полягає у тому, що через електронну лампу при температурі катода 1000 ° С протягом деякого часу про-пускають струм. При активації катода на його поверхні виникає одноатомний шар позитивних іонів щелочноземельного металу, ко-торий сильно знижує роботу виходу електронів і цим збільшує емісійну здатність катода.
Структура оксидного катода.
Сучасні оксидні катоди відрізняються високою якістю. Їх робоча температура дорівнює 800 - 900 ° С а іноді і нижче.
Щільність струму насичення досягає величини 10 4А / м 2. У той же
час робоча температура чистого вольфрамового катода близько 2200 0 С, а щільність струму насичення не перевищує 10 3 А / м 2.
При дуже короткочасних токах / імпульси струму тривалістю 10 -6 -
10 -5 сек / оксидні катоди здатні давати щільність струму насичення до 10 6
Для розжарювання катода через керн пропускають постійний струм / "катоди прямого розжарення" / або нагрівають його за допомогою допоміжної металевої спіралі / "подогревним катоди" /. Опір катода дуже велике і при роботі лампи / коли су-ществует анодний струм / він додатково підігрівається анодним струмом. Це збільшує його термоелектронну емісію і одночасно сприяє руйнуванню оксидного шару. Тому в лампі з оксидним катодом різання струму на-насичення здійснити не вдається,
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Ознайомитися з установкою для зняття анодних характерис-тик лампи 6Х2П.
Харчування електричного кола лампи здійснюється напругою міської мережі / 220 Вольт / через трансформатор / Тр /.
R а - потенціометр, що дозволяє змінювати анодна напруга,
Vа - вольтметр для вимірювання анодної напруги,
mА - міліамперметр для вимірювання анодного струму
2. Замкнути ланцюг напруження катода вимикачем К1. і за допомогою потенціометра R н встановити напругу розжарення Uн = 2,2 В. Замкнути анодний ланцюг вимикачем К2 і встановити за допомогою потенціометра Е анодна напруга і-= 0.
Почекати 2-3 хвилини, це необхідно для нагріву катода лампи.
3. Зняти анодний характеристику, послідовно збільшуючи анодна напруга на 1 Вольт. Анодна напруга довести до 10 Вольт.
4. Провести подібні вимірювання при напрузі розжарення 2,4 В і 2,6 Вольта.
5. Побудувати анодні характеристики, тобто графіки:
Іа = f (Ua) при Uн = 2,4 Вольта
Всі три графіка виконати на одному аркуші паперу.
Таблиця для запису результатів вимірювань