Визначення параметрів трьохелектродної лампи

Мета роботи: визначити параметри трьохелектродної лампи.

Прилади та обладнання: установка для визначення параметрів трьохелектродної лампи, два реостати.

Теоретичні відомості

У металах валентні електрони слабо зв’язані з атомами й утворюють своєрідний електронний газ, який заповнює простір між вузлами кристалічної ґратки. Коли електрон виходить із металу, на його поверхні виникає позитивний індукований заряд, унаслідок чого між електроном і металом виникає сила тяжіння, яка перешкоджає віддаленню електрона. Крім того, електрони, які вже вийшли з металу, утворюють електронну хмарку, електричне поле котрої також перешкоджає подальшому виходові електронів з металу. Поблизу поверхні металу утворюються сили, які діють на електрони і напрямлені у середину металу. Таким чином, для виходу електрона з металу у вакуум необхідно виконати роботу, яку називають роботою виходу. Робота виходу залежить від природи металу та стану його поверхні. Робота виходу - одна з важливих електрофізичних властивостей матеріалу, визначається експериментально. Її значення зведені у відповідні таблиці. Звичайно в таблицях значення роботи виходу наводиться у електрон-вольтах (еВ). 1еВ=1,69×10^-19 Дж.

Електрон провідності може покинути метал, якщо енергія його теплового руху більша за роботу виходу. При кімнатних температурах електрони практично не виходять з металу, ймовірність їх виходу суттєво зростає з підвищенням температури.

Явище випускання електронів поверхнями нагрітих твердих тіл і рідин унаслідок їх теплового руху називається термоелектронною емісією.

Термоелектронну емісію спостерігають і вивчають за схемою (рис. 230.1). Якщо катод холодний, то струм у колі не виникає, бо у вакуумі відсутні заряджені частинки. Якщо розігріти катод, то з його поверхні почнуть вилітати електрони. При подачі на анод позитивного потенціалу, а на катод – негативного - в колі виникне струм. При протилежній полярності струм відсутній. Це свідчить про те, що нагріта поверхня катоду випромінює негативні заряди – електрони. Таким чином пояснюється принцип дії двоелектродних електронних ламп-діодів для випрямлення змінного струму.

Сила термоелектронного (анодного) струму в колі залежить від різниці потенціалів між катодом і анодом (анодної напруги). Залежність анодного струму в діоді від анодної напруги при сталій температурі катода називається вольт-амперною характеристикою. Типовий вигляд такої залежності для різних температур катодів показаний на рис. 230.1.

Рис. 230.1

 

При малій напрузі не всі електрони, які випускає катод, долітають до анода, частина їх утворює електронну хмарку. Електронна хмарка перешкоджає емісії електронів у їх русі до анода. При збільшені анодної напруги сила струму збільшується, густина електронної хмарки зменшується, зменшується і її вплив на анодний струм, реалізується друга ділянка вольт-амперної характеристики з пропорційною залежністю між анодною напругою та анодним струмом. Коли потенціал аноду стає настільки великим, що всі електрони, які випускає катод, потрапляють на анод, струм стає максимальним і вже не залежить від напруги. Таке явище називається насиченням, а струм - струмом насичення. Насичення пояснюється тим, що збільшення анодної напруги, а відповідно і швидкості руху електронів між катодом та анодом, уже не можуть збільшити кількості перенесених зарядів, яка лімітується кількістю електронів що випромінює поверхня катода. Підвищення температури катода збільшує емісію електронів і відповідно силу струму насичення. Це супроводжується певним зростанням анодної напруги, при якій установлюється струм насичення.

В електротехніці використовуються багато-електродні лампи для підсилення струму і генерації електромагнітних коливань, наприклад, тріод (рис. 230.2, а). Введення в двохелектродну лампу третього електрода - сітки - дозволяє регулювати силу струму, що проходить через лампу. В цьому випадку анодний струм є функцією двох напруг (на сітці U_с і на аноді U_A), які можна змінювати незалежно одна від одної. Криві залежності сили анодного струму від напруги на сітці при сталому потенціалі анода називають сітковими характеристиками (рис. 230.2, б).

Використовуючи сіткові характеристики тріода при різних анодних напругах, визначають параметри лампи.

Коефіцієнт підсилення лампи - це величина, яка показує, у скільки разів сильніше діє сіткова напруга на анодний струм порівняно з анодною напругою:

при . (1)

Величина

при (2)

характеризує швидкість зміни анодного струму при зміні потенціалу сітки або крутизну характеристики. Крутизна характеристики дорівнює тангенсу кута нахилу сіткової характеристики в розглядуваній точці.

Величина, яка чисельно дорівнює відношенню зміни анодної напруги до відповідної зміни анодного струму при сталому потенціалі на сітці, називається внутрішнім опором

при . (3)

Опис установки

Принципова схема установки зображена на рис. 230.3. Схема має два електричні кола, напруга в яких регулюється за допомогою реостатів, увімкнених як потенціометри. У кожному колі є амперметр і вольтметр відповідної чутливості. Робочим елементом установки є тріод, параметри якого досліджуються у даній лабораторній роботі. Анодне коло живиться від високовольтного блока, анодний струм вимірюється мікроамперметром, анодна напруга - вольтметром. Величина анодної напруги регулюється потенціометром

Рис. 230.3. Принципова електрична схема установки

 

Установка живиться від мережі змінного струму напругою 220 В. На панелях установки розташовані вимикачі електроживлення, прилади для вимірювання напруги на сітці , анодного струму та анодної напруги . У середині установки вмонтована електронна лампа-тріод з вольфрамовим катодом.

Порядок виконання роботи

 

1. Увімкнути установку в мережу 220 В.

2. Отримати у викладача значення двох анодних напруг. Установити значення і підтримувати його сталим.

3. Перемикачем сіткової напруги подати на сітку від’ємний потенціал і, зменшуючи напругу до 0, зняти значення сили струму за міліамперметром в 5 точках.

4. Перемикачем сіткової напруги подати на сітку позитивний потенціал і, збільшуючи його значення, виміряти силу струму в 5 точках.

5. Дані вимірювань записати в таблицю.

6. Повторити пп. 3-5 для значення анодної напруги .

7. За отриманими даними побудувати на одних і тих самих координатних осях дві сіткові характеристики лампи .

 

Таблиця 230.1

№ п/п	= _____ В	= _____ В
, В	, А	, В	, А

 

8. Обчислити параметри лампи S, R, за формулами (1) - (3).

9. Перевірити правильність визначення параметрів за формулою

.

10. Зробити висновок.

Контрольні запитання

1. Що називається роботою виходу електрона з металу? Від чого вона залежить?

2. У чому полягає явище термоелектронної емісії? Накресліть типовий вигляд ВАХ і поясніть залежність термоелектронного струму від анодної напруги.

3. Поясніть природу струму насичення. Назвіть шляхи його підвищення.

4. Опишіть будову і принцип дії діода та тріода.

5. Як впливає сіткова напруга на величину анодного струму?

6. Назвіть основні характеристики тріода.

 

Лабораторна робота № 240