Лабораторна робота № 3.8.
ЗНЯТТЯ сіткової характеристики тріода І ВИЗНАЧЕННЯ ЙОГО ПАРАМЕТРІВ
Прізвище І.Б. _____________ Група ______ Дата ______
У металі атоми диссоційовані на позитивні іони, що знаходяться у вузлах кристалічної решітки металу, і вільні електрони, які вчиняють теплове хаотичний рух в міжвузлів решітки. Однак між вільними електронами і позитивними іонами кристалічної решітки є енергія зв'язку. А, отже, цю енергію електрон повинен подолати, щоб мати можливість вийти з металу назовні. Тобто для виходу з металу вільний електрон повинен зробити роботу з подолання енергії зв'язку з металом. Ця робота називається роботою виходу А. Вона залежить від хімічної природи металу і від стану його поверхні: забруднення, вологи і т.д. Для чистих металів вона коливається в межах декількох електронвольт. Так як концентрація вільних електронів в металі висока (для Cu n0 = 8,5 × 10 28 1 / м 3), то при даній температурі Т їх теплові швидкості різні і за класичними уявленнями підкоряються максвелловскую закону розподілу за швидкостями. Отже, тут є швидкі електрони, що володіють більшою, ніж у інших електронів, кінетичної енергією.
Якщо ця енергія достатня для здійснення роботи виходу з металу, то такі швидкі електрони можуть покинути метал. При кімнатних температурах лише незначна частина електронів має достатню кінетичну енергію для здійснення роботи виходу. З підвищенням температури металу число швидких електронів зростає, процес стає помітним. Явище випускання електронів нагрітим металом називається термоелектронної емісією.
Якщо випущені металом електрони прискорити зовнішнім електричним полем, то ними утворюється термоелектронний струм. Такий струм може бути отриманий в вакуумі, де нагрівається метал у вигляді нитки з'єднаний з негативним полюсом батареї і називається катод. а до позитивного полюса батареї приєднується анод - електрод у вигляді пластини або диска. Такий пристрій з двох різнойменних електродів, поміщених в балон, з якого викачали повітря, називається двоелектродною лампою або діодом. З її допомогою можна вивчити залежність сили струму в лампі IА від різниці потенціалів (напруги) між анодом і катодом UА. Ця залежність не виявляється у дії закону Ома, а носить більш складний характер: опір анода не залишається постійним, а залежить від напруги між електродами UА і від температури розжарення катода. Закон зміни струму IА зі зміною напруги UА при постійній температурі напруження катода Т виражається законом Богуславського-Ленгмюра (закон «трьох других») IА = # 945; · UА 3/2. де # 945; - коефіцієнт, що залежить від форми і розташування електродів. Графічно це виглядає так:
Коли напруга UА досягне значення UА = UН. досягається струм насичення IН. всі електрони, що випускаються катодом в одиницю часу при даній температурі повністю досягають анода. Подальше збільшення UА до зростання IА вже не веде. Для збільшення струму насичення потрібно збільшити температуру катода.
У даній роботі явище термоелектронної емісії вивчається за допомогою електронної лампи з трьома електродами: анодом, катодом і сіткою. Така лампа називається тріодом.
Схема включення тріода в ланцюг дана на рис. 2.
Принцип дії тріода такий: катод лампи (електрод, на який подається негативний потенціал) є подогревним, тобто близько до нього підводиться нитка розжарення. Нагрітий металевий катод випускає електрони, кінетична енергія яких зростає із зростанням температури розжарення катода і стає більше роботи виходу електронів з металу; анод лампи має відносно катода позитивний потенціал. Термоелектрони спрямовуються до анода, утворюючи так званий анодний струм. Якщо потенціал сітки (третього електрода) дорівнює нулю, то величина анодного струму буде при постійній температурі напруження катода зростати зі збільшенням різниці потенціалів між анодом і катодом UА. Згідно із законом Богуславського-Ленгмюра
У даній роботі розглядається роль сітки в тріоді. Сітка поміщається між катодом і анодом на шляху руху електронів від катода до анода і створює в прикатодной області додаткове електричне поле. При позитивному потенціалі на сітці анодний струм зростає, тому що сітка в цьому випадку буде полегшувати рух електронів до анода. Якщо на сітку подається негативний потенціал, то частина термоелектронів буде повертатися на катод і анодний струм зменшується. І при певному невеликому негативному напрузі на сітці анодний струм може зовсім зійти нанівець, при цьому говорять, що лампа замкнена. Таким чином, змінюючи напругу на сітці, можна управляти анодним струмом, змінюючи його в сторону зменшення або збільшення. Тому сітку називають керуючим електродом.
Електричне поле поблизу катода залежить як від потенціалу анода UА. так і від потенціалу сітки UС. Однак, тому що анод частково екранується сіткою, вплив потенціалу анода слабкіше, ніж вплив потенціалу сітки. Тому можна вважати, що повний анодний струм IА визначається результуючим керуючою напругою
де коефіцієнт D залежить від пристрою лампи, але завжди D> 1, і тим менше, чим густіше сітка і чим ближче вона до катода.
Властивості тріода цілком можна визначити, розглядаючи криві залежності анодного струму IА від напруги на сітці. Ці криві називаються сітковими характеристиками тріода. При знятті сіткових характеристик тріода зазвичай підтримують напругу між анодом і катодом UА постійним, а визначають залежність анодного струму IА від мінливого напруги на сітці UС. Вид цих кривих показаний на рис. 3.
Якщо лампа закривається при невеликому негативному напрузі на сітці, то велика частина кривої сіткової характеристики лежить праворуч від осі ординат і така сіткова характеристика називається правою (рис. 3). Якщо ж для того, щоб досягти насичення по анодному току IА. досить невеликого позитивного напруги на сітці UС. тобто якщо велика частина сіткової характеристики тріода лежить зліва від осі ординат, то така сіткова характеристика називається лівої (рис. 4).
Роботу тріода можна повністю охарактеризувати параметрами, які визначаються з графіків сіткових характеристик тріода, знятих при двох різних значеннях анодної напруги UА1 і UА2> UА1.
Основні параметри тріода
1. Крутизна сіткової характеристики тріода визначається відношенням зміни анодного струму до відповідної зміни сіткової напруги при постійному анодній напрузі
2. Внутрішнє споротівленіе тріода визначається відношенням зміни анодної напруги до відповідної зміни анодного струму при постійній напрузі на сітці
3. Статистичним коефіцієнтом посилення тріода називається співвідношення, яке показує, у скільки разів зміна анодного напруги при постійному сітковому напрузі має бути більше зміни сіткової напруги при постійному анодній напрузі, щоб забезпечити однакове зміна анодного струму # 916; IА в ланцюзі тріода
при # 916; IА = const
Отже, між трьома параметрами тріода - внутрішнім опором, крутизною сіткової характеристики і статичним коефіцієнтом посилення такий зв'язок
Порядок виконання роботи
1. Вивчити установку, зібрану згідно зі схемою (рис. 2).
2. Встановити анодна напруга U А1 і зняти залежність від напруги на сітці U С.
3. Змінити анодна напруга до U А2. також зняти залежність анодного струму від напруги на сітці.
4. Побудувати два графіка IА = f (UС) при U А1 і U А2 в одній і тойже координатної сітки. При цьому отримаємо дві вольтамперні характеристики тріода.
5. Порахувати основні параметри тріода.
1. Крутизна сіткової характеристики тріода
Вибрати будь-який постійне UА. Наприклад, UА2 = 200 В. На прямолінійній ділянці знятої при цьому значенні анодної напруги характеристики тріода вибрати дві точки А і Д. Визначити зміна сіткового напруги # 916; UС = UС А -UС Д і йому відповідну зміну анодного струму # 916; IА = IА А -IА Д. Підставити результати в формулу для визначення S. Відповідь виразити в А / В.
2. Внутрішнє опір тріода
Вибрати будь-який постійне значення UС і визначити відповідну зміну струму (точки А і В): # 916; IА = IА А -IА Д. Цьому зміни струму відповідає зміна анодного напруги # 916; UС = UС А -UС Д. Підставами результати в формулу для визначення R i. Відповідь виразити в Омах.
3. Визначимо статичний коефіцієнт посилення:
Графічно це можна уявити так:
Нехай при UС2 = const змінюється анодоное напруга на # 916; UА від UА1 до UА2. що викликало зміна анодного струму на # 916; IА. Така ж зміна анодного струму # 916; IА можна отримати, якщо при UА2 = const змінити сіткове напруга на # 916; UС від Uс1 до UС2. Отже, коефіцієнт посилення # 956; можна визначити, якщо провести пряму ДС і визначити UС2 -UС1 = # 916; UС і відповідне цьому ж зміни струму # 916; IА зміна анодного напруги # 916; UА = UА1 -UА2. Підставивши в формулу, визначимо # 956 ;.
6. Перевірити результати можна, підставивши в формулу отримані результати
1. Яке фізичне явище називається термоелектронної емісією?
2. Що таке робота виходу, від яких параметрів вона залежить?
3. У чому полягає принцип дії діода?
4. Запишіть закон Богуславського-Ленгмюра і поясніть його. Намалюйте вольтамперних характеристику діода і вкажіть струм насичення.
5. Як залежить величина струму насичення від температури розжарення діода?
6. Що таке триод? Схема його включення в електричний ланцюг.
7. Що таке сіткові характеристики тріода?
8. Що називається крутизною сіткової характеристики тріода, за якою формулою і як проводиться розрахунок?
9. Що називається статичним коефіцієнтом посилення тріода, за якою формулою і як проводиться розрахунок?
10. За якою формулою і як розраховується внутрішній опір лампи?
11. Яку роль відіграє сітка в роботі тріода?
12. З якою метою проводиться оксидування і торірованіе катода?