ЦЕЛЬ: Ознакомиться с физическими основами работы электронных ламп. Получить сеточные характеристики триода, определить его параметры.
ОБОРУДОВАНИЕ: Стенд для снятия сеточной характеристики триода.
Термоэлектронная эмиссия - это испускание электронов нагретыми металлами. Вследствие распределения электронов по скоростям, незначительная доля электронов обладает кинетической энергией, превышающей работу выхода электронов из металла. С ростом температуры доля таких электронов растет и эмиссия электронов усиливается.
Плотность тока эмиссии определяется формулой Ричардсона-Дэшмана.
(1)
где А - работа выхода электронов из катода, С - константа, одинаковая для всех металлов.
Уменьшение работы выхода приводит к увеличению тока эмиссии. Для уменьшения работы выхода применяют легированные (вольфрам с примесью тория) либо оксидированные катоды (никель, покрытый оксидом щелочноземельных металлов).
Вакуумный диод.
Исследование термоэлектронной эмиссии удобно проводить при помощи двухэлектродной лампы - вакуумного диода (рис.1 а). Диод представляет собой баллон, из которого откачан воздух. Диод имеет два электрода - катод К и анод А, который чаще всего имеет форму цилиндра, охватывающего катод (рис.1,б).
Электроны, вышедшие из металла, испытывают обратное притяжение со стороны катода, приводящее к возврату части эмитированных электронов на катод. Поэтому вокруг катода формируется объемный заряд электронного облака. Вольтамперная характеристика диода нелинейная, т.е. закон Ома не выполняется.
Рис. 1.
В области малых положительных напряжений зависимость силы тока I от напряжения U описывается законом "трех вторых" (закон Богуславского-Ленгмюра).
(2)
где В - коэффициент, зависящий от конфигурации электродов.
При увеличении анодного напряжения появляется насыщение анодного тока (рис.2). В этом режиме объемный заряд (электронное облако) полностью рассасывается электрическим полем, поэтому ток насыщения равен току эмиссии (см. формулу (1)).
Рис. 2.
Ламповый триод позволяет управлять анодным током при помощи третьего электрода - сетки. Обычно сетка представляет собой спираль, расположенную между катодом и анодом. Отрицательный потенциал сетки относительно катода оказывает тормозящее действие на электроны и ослабляет анодный ток. Так как сетка расположена к катоду ближе, чем анод, то потенциал сетки более эффективно управляет анодным током, чем потенциал анода. При некотором (отрицательном) потенциале сетки (так называемом потенциале запирания) анодный ток прекращается полностью. Положительный потенциал сетки увеличивает анодный ток вследствие увеличения отбора электронов из электронного облака катода. При этом большинство электронов пролетает сквозь витки сетки и попадают на анод. Сеточный ток, создаваемый электронами, попадающими на сетку, обычно мал, но растет с ростом сеточного напряжения.
Рис.3.
Анодный ток лампы является функцией как анодного, так и сеточного напряжений
Зависимость анодного тока от сеточного напряжения, Ia = f(Uc) при постоянном анодном напряжении (Ua = const) называется сеточной характеристикой (рис.3). Можно также построить зависимость анодного тока от анодного напряжения Ia = f(Ua) при фиксированном потенциале сетки (Uc = const) - анодную характеристику.
Основными параметрами, определяющими свойства лампы, являются:
1. Крутизна характеристики, определяемая как отношение приращения сеточного тока к приращению сеточного напряжения при постоянном анодном напряжении (Ua= const)
. (3)
Для определения приращений DIa и DUc можно взять две точки на сеточной характеристике, т.к. они удовлетворяют условию Ua = const (например, точки 1 и 2, рис.3).
2. Коэффициент усиления - это отношение приращения анодного напряжения к приращению сеточного напряжения при постоянном анодном токе (Ia= const) (при этом изменения анодного тока вызванные приращениями анодного и сеточного напряжений компенсируют друг друга).
(4)
Знак минус означает, что для сохранения величины анодного тока, изменения величин DUa и DUc должны иметь противоположные знаки.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.