Измерение температуры термоэлектронов в вакуумном диоде, страница 4

3. Экспериментальная часть.

3.1. Описание метода. Для измерения температуры электронного газа в диоде применяется метод задерживающего потенциала анода, создающего потенциальный барьер, пропускающий на анод только часть функции распределения электронов с надбарьерными скоростями. Обработка вольтамперной характеристики анода позволяет найти температуру электронов.

3.2. Оборудование (Рис.3): генератор переменного тока Г3-56/1 (1), стабилизированный источник Б5-47 (2), миллиамперметр переменного тока Э-59 (3), цифровой микроамперметр ВТ-21А (4), сборка с вакуумным диодом 2Д3Б (5), резистором R = 100 Ом(6) и полупроводниковым диодом (7).

3.3. Описание установки. Электрическая схема установки приведена на Рис.3.

В диоде 2Д3Б катод прямого накала нагревается переменным током, вырабатываемого генератором (1). При пропускании тока накала катод оказывается неэквипотенциальным: возникает разность потенциалов между различными участками катода, которая сравнима по величине с потенциалом анода, и получить правильную ВАХ нельзя. Для преодоления этого затруднения используется следующий прием. В цепь катода включен диод (7) и резистор (6), так что катод нагревается однополупериодными импульсами тока, а на сопротивлении (6) в фазе прохождения тока накала появляется падение напряжения, которое оказывается приложенным между катодом и анодом и имеет такую полярность, что анодный ток прекращается. Таким образом, анодный ток протекает только в промежутках между импульсами тока накала, когда катод можно считать эквипотенциальным. Частота сигналов генератора составляет несколько сотен герц, и в промежутках между импульсами катод не успевает остыть.

Среднее значение анодного тока измеряется микроамперметром (4). Форма импульсов тока накала и анодного тока может быть проконтролирована с помощью осциллографа. Внимание! Ток накала катода не должен превышать 100 mA !

4. Инструкция по выполнению работы

4.1. Порядок выполнения работы. Соберите схему (Рис.3) и убедитесь в правильной полярности подключения диода (7) в цепи накала. Установите генератором (1) ток накала I_н = 70-80 mA. Измерьте ВАХ диода  I(U) по точкам в интервале -3 В < U_изм < 0 В через 0.2 В. Начало ВАХ определится превышением измеряемого тока уровня шумовых наводок. Эти измерения следует повторить для токов накала 80-90 и 90-100 mA.

4.2 Обработка результатов. Задания. Для обработки измеренные данные рекомендуется внести в программу  Excell в форме таблицы приведенной ниже.

Здесь в колонки (1), (3)-(5) вносятся вольт-амперные характеристики - измеренные токи диода при разных измеренных потенциалах анода (U_изм) трех различных токах накала диода.

4.1. Определение величины  j_min. Для удобства и облегчения численных оценок величин температуру электронного газа будем выражать в специальных энергетических единицах - электрон-вольтах. Для пересчета используем соотношение ­

1 эВ = 1.6·10^-12 эрг = 1.6·10^-19 Дж Û 11600 К.

Как следует из формулы (8), ток на диод можно представить состоящим из двух слагаемых. Сравним их при различных значениях параметра h,  взяв значения интеграла вероятности, например, из справочника [9].

Таблица 1.