Изучение трехэлектродной лампы

Цель:	ознакомиться с принципом действия трехэлектродной лампы, снять анодную и сеточную характеристики, определить коэффициент усиления.
Оборудование:	трехэлектродная лампа, два вольтметра, миллиамперметр, переключатель, универсальный источник тока.

Трехэлектродная лампа (триод) представляет собой вакуумированный баллон, в котором помещены три электрода. Источником электронов в триоде является катод в виде тонкой металлической трубки, внутри которой проходит нить накала. Анодом служит полый металлический цилиндр, расположенный соосно с катодом. Между катодом и анодом находится третий электрод — сетка, имеющая вид металлической спирали, закрученной вокруг катода.

При прохождении тока через нить накала происходит нагревание катода, при этом часть электронов выходит с его поверхности за счет теплового движения. Явление испускания (эмиссии) электронов металлом при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией.

Вылетевшие с катода электроны образуют электронное облако, а сам катод заряжается положительно. В результате, вокруг катода возникает электростатическое поле, которое препятствует дальнейшему увеличению количества испускаемых электронов.

Если на анод подать положительное относительно катода напряжение, то вылетевшие из катода электроны будут двигаться к аноду. В результате в триоде возникает электрический ток, который называют анодным током.

Зависимость силы анодного тока I_a от анодного напряжения U_a является нелинейной (рис. 1).

Ua Ia Ua Рис. 1

 

Сначала анодный ток быстро возрастает. Затем анодная характеристика становится все более пологой и, наконец, наступает состояние «насыщения», когда увеличение анодного напряжения не влияет на величину анодного тока. Явление насыщения объясняется тем, что все электроны, испускаемые катодом, достигают поверхности анода.

Когда анодный ток далек от насыщения, его величину можно регулировать с помощью сетки. Если на сетку подать положительный относительно катода потенциал, то анодный ток увеличится. Если же подать отрицательный относительно катода потенциал — ток уменьшится. Таким образом, анодный ток является функцией анодного и сеточного напряжения.

Коэффициент усиления триода показывает, во сколько раз сильнее меняется анодный ток при изменения сеточного напряжения, чем при таком же по величине изменения анодного напряжения:

m = D U_a /D U _c, I_a = const. (1)

Так как сетка расположена к катоду ближе, чем анод, то m > 1.

Принципиальная схема установки изображена на рис. 2.

Рис. 2

где A — анод; С — сетка; К — катод; Н — накал; П — переключатель; V_a, V_c — вольтметры для измерения анодного и сеточного напряжения; mA — миллиамперметр.

 

Порядок выполнения работы

Задание 1. Изучение зависимости анодного тока от анодного напряжения.

1. Подать на сетку триода напряжение, заданное преподавателем (в пределах от – 10 до + 10 В). Знак напряжения на сетке определяется положением переключателя.

2. Изменяя анодное напряжение от 0 до 200 В, снять показания миллиамперметра. Занести данные в таблицу.

Ua, В

Ia, мА

 

3. Построить анодную характеристику I_a = f (U_a).

Задание 2. Изучение зависимости анодного тока от величины сеточного напряжения.

1. Установить по заданию по заданию преподавателя анодное напряжение в пределах от 60 до 160 В.

2. Изменяя сеточное напряжение от – 20 до + 20 В с шагом 2 В, снять показания миллиамперметра. Занести данные в таблицу.

3. Установить другое анодное напряжение. Проделать задания п. 2. Занести данные в таблицу.

Ua =… В

Uс, В

– 20

+ 20

Ia, мА

Ua =… В

Uс, В

– 20

+ 20

Ia, мА

 

4. Построить в одной системе координат две сеточные характеристики I_a = f (U_с).

Задание 3. Определение коэффициента усиления триода.

1. На построенных в задании 2 сеточных характеристиках триода выбрать значения анодного тока, далекое от области насыщения.

2. Записать в таблицу значения U_{с 1} и U_{с 2}, соответствующие этому току.

Uc Uc 1 Uc 2 Ua 2 Ua 1 Ia = const Ia

Рис. 3

 

Uc 1, В	Uc 2, В	D Uc, В	m	mср	Dm

 

3. Найти изменение сеточного напряжения: D U_c = U_{c 2} – U_{c 1}.

4. По формуле 1 рассчитать значение коэффициента усиления.

m₁ = D U_a /D U _c =

m₂ = D U_a /D U _c =

m₃ = D U_a /D U _c =

5. Найти среднее значение коэффициента усиления: m_ср = (m₁ + m₂ + m₃)/3.

6. Определить абсолютную погрешность: Dm _i = êm _i – m_ср ê, где i = 1, 2, 3.

7. Определить среднее значение абсолютной погрешности:

Dm_ср = (Dm₁ + Dm₂ + Dm₃)/3.

9. Определить относительную погрешность: dm = Dm_ср/m_ср.

10. Результаты представьте в виде:

m = m_ср ± Dm_ср; dm = …%.

 

Контрольные вопросы

1. Объясните устройство и принцип работы триода.

2. В чем заключается явление термоэлектронной эмиссии?

3. Что такое анодная и сеточная характеристика триода?

4. Что такое коэффициент усиления триода?

Лабораторная работа 8

Определение горизонтальной