Исследование влияния пространственного заряда на прохождение тока в диоде
Описание лабораторной установки и практические задания
Схема лабораторной установки
Внешний вид лабораторной установки можно увидеть на рис.1.
Рис. 1.
Исследуемый трёханодный диод с прямонакальным катодом помещён в защитный корпус (2). Питание накала диода осуществляется источником постоянного тока (3), анодные цепи запитываются от источника постоянного напряжения (4). Для изменения анодного тока диода используется миллиамперметр (1), анодное напряжение индицируется вольтметром, встроенным в источник питания (4), ток и напряжение накала катодной цепи измеряются внутренним прибором источника (3). Для сборки экспериментальных схем используются соединительные провода (6). Блок симметрирующих резисторов (5) позволяет эмулировать подключение минуса анодного питания к середине катода диода.
1. Миллиамперметр
В качестве миллиамперметра используется мультиметр APPA201N, включённый в режим измерения тока. Инструкция по использованию.
2. Диод
Исследуемый диод представляет собой наполненную вакуумом стеклянную колбу, в которой закреплены три соосных цилиндрических анода, на оси которых расположена вольфрамовая нить, играющая роль прямонакального катода (рис. 2). Диаметр анодов 8 мм, длина крайних анодов 15 мм, длина среднего 5 мм. Диаметр вольфрамовой нити 0.1 мм (см. рис. 11 в методичке).
Рис. 2.
Для защиты от повреждений, которые могут быть вызваны непродуманными действиями экспериментатора, диод помещён в металлический корпус. На передней панели корпуса имеется схема выводов электродов диода и гнёзда для подсоединения соединительных проводов.
3. Источник тока катода
Для подачи требуемого тока через катод диода используется источник питания GPS-3030D, работающий в режиме стабилизации тока. Инструкция по использованию.
4. Источник анодного напряжения
Для подачи напряжения на аноды диода используется источник питания Б5.120/0,75, работающий в режиме стабилизации напряжения. Инструкция по использованию.
5. Блок симметрирующих резисторов
В задании 1 отрицательный вывод источника анодного напряжения требуется подсоединить к середине нагретой вольфрамовой нити, выполняющей роль прямонакального катода. Технически осуществить это очень трудно. Однако есть способ, позволяющий эмулировать такое подключение. Он заключается в использовании симметрирующих резисторов, обеспечивающих потенциал на выходе, равный потенциалу середины катода диода. Резисторы (2 шт. по 51 Ом) смонтированы на плате, имеющей гребенчатые контакты для подсоединения к источнику питания накальной цепи и выходную клемму.
Практические задания
Внимание! При всех измерениях источник питания катода должен находиться в режиме стабилизации тока.
1. Измерения по схеме рис. 3
Рис. 3.
Снимите ВАХ диода при токе накала 1,480 А. Запишите величину напряжения накала. Максимальное анодное напряжение 120 В.
2. Измерения по схеме рис. 4
Рис. 4.
Снимите ВАХ диода для тока накала 1,500 А. Измерьте и запишите величину напряжения накала. Точки 15 В, 60 В, и 100 В снимать обязательно. Максимальное анодное напряжение 120 В.
3. Измерения по схеме рис. 5
Рис. 5.
3.1. Снимите ВАХ диода при токе накала 1,420 А. Измерьте и запишите величину напряжения накала. Точки 15 В, 60 В, и 100 В снимать обязательно. Максимальное анодное напряжение 120 В.
3.2. Снимите ВАХ диода при токе накала 1,460 А. Измерьте и запишите величину напряжения накала. Точки 15 В, 60 В, и 100 В снимать обязательно. Максимальное анодное напряжение 120 В.
3.3. Снимите ВАХ диода при токе накала 1,500 А. Измерьте и запишите величину напряжения накала. Точки 15 В, 60 В, и 100 В снимать обязательно. Максимальное анодное напряжение 120 В.
4. Измерения по схеме рис. 5
4.1. Снимите зависимость анодного тока от тока накала при анодном напряжении 15 В. Точки 1,420 А, 1,460 А, 1,500 А снимать обязательно. Максимальный ток накала 1,5 А.
4.2. Снимите зависимость анодного тока от тока накала при анодном напряжении 60 В. Точки 1,420 А, 1,460 А, 1,500 А снимать обязательно. Максимальный ток накала 1,5 А.
4.3. Снимите зависимость анодного тока от тока накала при анодном напряжении 100 В. Точки 1,420 А, 1,460 А, 1,500 А снимать обязательно. Максимальный ток накала 1,5 А.
5. По полученным данным:
- постройте прямую Ричардсона (температуру определить по таблице Ленгмюра). По прямой Ричардсона вычислите работу выхода катода.
- постройте теоретические ВАХ для задания 1 по закону “3/2” для эквипотенциального катода и задания 3, используя таблицу значений F(Ua/Uf).
- для задания 1 вычислите по точкам на экспериментальной кривой удельный заряд электрона. На каком участке ВАХ надо выбирать точки для расчёта?