Измерение температуры термоэлектронов в вакуумном диоде, страница 5

Как видно из таблицы 1, интеграл становится меньшим экспоненциального члена в ~ 10 раз, когда им можно пренебречь с точностью 10%, при h > 2. Это соответствует запирающему потенциалу анода eU*< -4 kT ~ - 0.8 эВ  (поскольку температура катода в диоде близка к 2000 К, или 0.2 эВ), или измеряемому напряжению eU*_изм < (1.9-0.8) ~ +1.1эВ. Соответственно, при этих потенциалах ВАХ диода (8) имеет простой вид зависимости тока от запирающего напряжения  и, сравнивая реальную ВАХ с этой зависимостью, можно определить, где ток диода определяется потенциалом анода U, и где - потенциальным барьером диодного зазора ej_min. Очевидно, функция   должна быть линейной, а ее график - прямой линией, если ток определяется потенциалом анода. Начало отклонения от линейной зависимости соответствует граничному потенциалу U = j*. Напомним, что потенциал U должен отсчитываться от значения U_КРП : U = U_изм - U ⁰_изм.

Общий вид вольтамперной "теоретической" характеристики диода, построенной в таких координатах, приведен на рис.4. Здесь показаны также характерные потенциалы: U⁰_изм = - U_КРП , фактически являющийся началом отсчета остальных потенциалов; "критический" потенциал j*, соответствующий окончанию линейного участка ВАХ (намеченной далее пунктиром); потенциал U*, начиная с которого возрастает вклад в ВАХ интегрального слагаемого в (8), а пунктиром показано предполагаемое продолжение ВАХ без него.

4.2. Определение температуры электронного газа по наклону ВАХ. Постройте график , где U = U_изм - U⁰_изм, и приняв U⁰_изм равным предполагаемому из табличных данных значению 1.9 В [1]. Наклон линейного участка ВАХ позволяет определить температуру электронов, как kT = deU/dB. Оцените погрешность проведения прямой через экспериментальные точки. Сравните полученную температуру с температурой катода, получаемой из графика приложения 6.4 (Рис.6). Температуру катода прямого накала (прямой нити) можно рассчитать по величине тока накала I_H и диаметру катода d: она является однозначной функцией параметра I_Н/d ^3/2 (докажите правильность этого утверждения).

4.3. Определение КРП и температуры электронного газа из графика I/I₀ = k(-eU/kT). Поскольку ток I₀ представляет собой незапертый ("ричардсоновский") ток диода, его следует определить как ток насыщения в положительной ветви ВАХ при U> 0. Для каждой точки ВАХ, находящейся на участке запирания тока потенциалом анода U <j*  (что соответствует прямолинейному участку графика п.4.1), из тока диода по графику I/I₀ = k(-eU/kT) находим значение аргумента -eU/kT, а из него - температуру газа T. Напомним, что запирающий потенциал анода U, как и ранее, следует отсчитывать от значения U⁰_изм . Если величина U⁰_изм была выбрана правильно, то значение температуры не должно зависеть от U. Таким образом, приближенно внешнюю контактную разность потенциалов можно определить по напряжению U ⁰_изм, при котором в области U <j*  зависимость T(U) отсутствует. Проверьте теоретические предположения о величине U_КРП. Для этого:

a)  возьмите в качестве величины U_КРП значение, по модулю несколько меньшее теоретического, т.е., <1.9 В; постройте график T(U).

b)  Постройте аналогичный график для значения U_КРП, несколько большем теоретического.

Сравнивая графики, можно найти U_КРП  последовательными приближениями. Оцените ошибку определения температуры электронного газа Т.

5. Контрольные вопросы.