Експериментальна частина

Для вивчення явища термоелектронної емісії застосовують лампу діод, наприклад, типу ПМИ-2. Катодом є провідник з тугоплавкого металу (наприклад, вольфраму тощо). Анод має вигляд співвісного циліндра, розміщеного навколо катода. Струм в колі діода протікатиме лише тоді, коли до анода прикласти додатну напругу щодо катода. Коли ж поміняти полярність, струм не тектиме. Це є підтвердженням того факту, що носіями струму у вакуумі є саме електрони.

Для практичного застосування формули Річардсона–Дешмана треба прологарифмувати рівняння (1.3):

(1.4)

У такому вигляді на графіку залежності позначено кутовий коефіцієнт , звідки і визначається робота виходу (рис. 1.3).

Цей метод визначення роботи виходу дістав назву методу прямих Річардсона. Знайдену таким чином величину називають зведеною, або річардсонівською, роботою виходу.

Щоб врахувати вплив електричного поля на термоелектронну емісію, потрібно провести низку уточнень.

Густина емісійного струму J за наявності біля поверхні емітера електричного поля напруженістю Е:

, (1.5)

де J_s – густина струму емісії при Е =0.

Значення напруженості електричного поля біля поверхні катода:

, (1.6)

де U_A – анодна напруга; R_к і R_А – радіуси катода та анода.

Якщо побудувати для області насичення струму залежності , то згідно з (1.5) їхні графічні зображення повинні відображати прямі лінії (рис. 1.4). Якщо продовжити прямі з області насичення, то їхній перетин з віссю ординат дасть значення струму емісії при Е =0, тобто для U =0. Це значення І_н треба використовувати у рівнянні (1.3).

Температуру катода, яка входить у формулу (1.2), визначають на підставі розгляду теплової рівноваги ка-тода. Залежність температури вольфрамового катода від розсіюваної на ньому потужності розжарення наведено в табл. 1.

На рис. 1.5 зображено схему установки для вивчення явищ тер-моелектронної емісії. Лампу ПМИ-2 увімкнено як діод (сітка лампи з’єднана з анодом).

Головними характеристиками діода є анодна та емісійна.

Залежність І_а =f(U_a) при U_p =const зазвичай зображують у вигляді графіка і називають анодною характеристикою діода. На рис. 1.6 показано типові анодні характеристики діода для різних постійних значень напруги розжарення U_p. Для більш високих напруг розжарення емісія катода зростає, струм і напруга насичення підвищуються (U_a3>U_a2>U_a1).

Другою характеристикою діода є залежність анодного струму від на-пруги розжарення при сталому значенні анодної напруги – це емісійна харак-теристика (І_а= f (U_p) при U_a=const).

Основні параметри, які характеризують властивості діода, зазвичай на-ведені в довідниках. Такими параметрами є:

- номінальна напруга розжарення U_p;

– номінальний струм розжарення І_р;

- максимально можлива допустима амплітуда зворотної напруги U _{макс.зв};

- допустима потужністьрозсіяння на аноді та деякі інші.

Крім цих параметрів, діод характеризується також крутістю анодної характеристики S та внутрішнім опором змінному струму R_i. Ці два параметри залежать від режиму роботи лампи і визначаються безпосередньо з графіка анодної характеристики.

Крутість діода відображає зміну анодного струму (в міліамперах) при зміні анодної напруги на 1 В:

(мА/В)

Для визначення крутості треба позначити на прямолінійній ділянці характеристики І_а = f(U_a) при U_p =const яку-небудь точку 1 (рис. 1.7). Для цієї точки анодна напруга дорівнює U_a1, а струм І_а1. При підвищенні напруги на аноді до рівня U_a2 анодний струм зростає до І_а2. Отже, крутість

tg α

Для криволінійної ділянки характеристики крутість у різних точках має різні значення і чисельно дорівнює тангенсу кута, утвореного дотичною до заданої точки позитивним напрямком осі абсцис (точки 3, 4 на рис. 1.7).

Внутрішній опір діода R_i є величиною, оберненою до крутості характеристики, і вимірюється в Ом:

(Ом)

Визначення R_і діода проводять так само, як і визначення крутості. Найточніше значення для заданої точки визначають методом дотичної, причому чисельно R_і= ctg α.

Властивість провідності і нелінійність анодної характеристики зумовлюють використання діода в схемах випрямлення змінного струму і детектування.

Додаток.

Параметри катода: l = 64 мм;

d = 0,09 мм.

Діаметр анода: d = 25 мм.

Таблиця 1.

Напруги розжарення катода та відповідні значення струмів

Таблиця 2.

Значення потужності розсіювання від температури катода