ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. Муромский институт (филиал)

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

Имени Александра Григорьевича и

Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра: ФПМ

Дисциплина: Физика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.09

«ИЗУЧЕНИЕ ВАКУУМНОГО ДИОДА И ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ

БОГУСЛАВСКОГО – ЛЕНГМЮРА»

Утверждена на методическом семинаре кафедры ФПМ

__________Зав.кафедрой

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. Сборку и разборку схемы производить только при отключенном источнике питания.

2. Не включать собранную схему, пока не изучите инструкцию по данной работе и не получите на это разрешение лаборанта или преподавателя.

3. Схема должна находиться под напряжением только во время регулировки и снятия показаний с приборов. КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ оставлять схему под напряжением без присмотра.

4. Строго соблюдать порядок выполнения работы, описание и инструкцию.

5. На рабочем месте не должно быть посторонних предметов. Твердо знать, где расположен общий выключатель и порядок пользования им.

6. После окончания работы отключить источник питания, а затем разобрать схему и привести в порядок рабочее место.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.09

«ИЗУЧЕНИЕ ВАКУУМНОГО ДИОДА И ПРОВЕРКА ФОРМУЛЫ

БОГУСЛАВСКОГО-ЛЕНГМЮРА»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Проверка формулы Богуславского-Ленгмюра и определение коэффициента в данной формуле.

ПРИБОРЫ:

1. Радиолампа 5Ц30

2. Кенотронный выпрямитель на 250 В

3. Вольтметр магнитоэлектрический на 300 В

4. Миллиамперметр магнитоэлектрический на 60 мА

5. Амперметр электромагнитный на 2,5 А

6. Реостат на 25 Ом

7. Реостат на 500 Ом

8. Провода.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Вакуумный диод представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух. Внутри баллона помещены два металлических электрода: анод и катод. Форма электродов бывает различной. Например, в радиолампе 5Ц30 (диод) электроды имеют форму коаксиальных цилиндров. Цилиндр с меньшим радиусом – катод – подогревается расположенной внутри его проволочной нитью, через которую пропускается электрический ток (ток накала I_н).

Снаружи катод покрыт тонким слоем вещества, имеющего малую работу выхода электронов. В качестве такого вещества часто используются окислы щелочноземельных металлов (оксидный катод). В некоторых лампах катодом служит сама нить накала.

В результате термоэлектронной эмиссии электроны вылетают из раскаленного катода и образуют вокруг катода электронное облако. Если между анодом и катодом приложить анодное напряжение Uа, то под действием электрического поля электроны начнут двигаться к аноду, т.е. через диод потечет анодный ток.

При небольших анодных напряжениях Uа сила анодного тока Iа растет с ростом напряжения. Это объясняется тем, что не все электроны, вылетевшие из катода, попадают на анод. Часть из них возвращается обратно. С увеличением напряжения Uа электронное облако постепенно рассасывается, все большая часть электронов достигает анода и ток Iа возрастает. Начиная с некоторого напряжения Uа=U_нас, наступает насыщение анодного тока; все электроны, вылетающие из катода, достигают анода, и рост тока прекращается. Таким образом, зависимость анодного тока от анодного напряжения (вольтамперная характеристика диода) имеет вид, представленный на рис. 1

Максимальный (при постоянной температуре катода) анодный ток называется током насыщения. Ток насыщения зависит от температуры катода, а именно растет с ростом температуры, поскольку увеличивается число электронов, вылетающих из катода в результате термоэлектронной эмиссии.

У оксидных катодов анодный ток продолжает расти даже в той области напряжения, где электронное облако уже не образуется. Это связано с тем, что в случае металлического катода электрическое поле не проникает внутрь металла. У оксидного же катода пленка оксида является полупроводником, поэтому электрическое поле частично проникает внутрь пленки, содействуя выходу дополнительного количества электронов помимо тех, которые вылетают вследствие термоэлектронной эмиссии. Число таких электронов растет с увеличением электрического поля. Поэтому даже при значительных анодных напряжениях анодный ток не достигает насыщения.

В области напряжений, где сильно проявляется влияние электронного облака на анодный ток (ток в области ОА рис.1) зависимость анодного тока от анодного напряжения дается теоретической формулой Богуславского – Ленгмюра (закон трех вторых).

Iа=aUa^3/2 (1)

где е и m – заряд и масса электрона

с – постоянная (зависит от формы и расположения электродов в вакуумном диоде).

Таким образом, из теории следует, что в области анодных напряжений, далекой от насыщения, анодный ток будет пропорционален Ua^3/2 (т.е. график зависимости Ia от Ua^3/2 будет прямой линией), причем коэффициент пропорциональности дается формулой (1”).

Для электродов в виде коаксиальных цилиндров постоянная равна

где l – длина катода

r- радиус катода

Br² – безразмерный коэффициент, зависящий от отношения радиусов анода и катода

– электрическая постоянная.

Поиск по сайту: