ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Для изучения явлений термоэлектронной эмиссии и тока в вакууме используется установка, блок-схема которой приведена на рис.7.

От источника питания (2) напряжение (4,0 – 4,5) B подаётся на нить накала катода вакуумного диода, расположенного в кассете ФПЭ-06/05 "Ток в вакууме" (3). Контроль напряжения, подаваемого на нить накала катода лампы, осуществляется вольтметром В7-38/1 (1), подключённым к выходу

"(+2,5 - 4,5) В" источника питания (2). Анодное напряжение =(12-50)В подаётся на диод, расположенный в кассете ФПЭ-06/05 (3), от источника питания (2). Контроль осуществляется вольтметром В7-38/2 (1), подключаемым к выходу «(12-120)В» источника пи­тания (2). Ре­гулирование напряжения , подаваемого на нить накала диода, и анод­ного напряжения , подаваемого на диод, осуществляется, соответственно, ручками I и 3 (рис. 8) источника питания (2).

Б Uвх B		а)Uвх R   б)Uвых     Рис.5		t   t
	Uвх		Uвых		t
	Рис.6.
	Рис. 7.

Для измерения анодного тока к выходу "РА" кассеты ФПЭ-06/05 (3) подключён миллиамперметр (4).

Рис. 8.

С помощью приведённой схемы, установив определённое , можно снять вольт-амперную характеристику диода, то есть зависимость анод­ного тока от анодного напряжения .

2.1.Задание

2.1.1. Снять вольт-амперную характеристику диода.

2.1.2.Проверить закон Богуславского-Ленгмюра, определив постоянную B.

2.1.3. Определить работу выхода А_вых из вольфрама.

2.2. Ход выполнения работы

2.2.1. Перед включением потребителей в сеть ~220 B убедитесь, что:

а) тумблер "Сеть" источника питания (2) находится в положении "Откл.";

б) все потребители, имеющие заземляющую клемму, надёжно заземлены;

в) на вольтметрах В7-38 нажаты клавиши “V=”;

г) на миллиамперметре установлен предел “40 mА”;

д) на источнике питания ручки регулирования выходных напряжений 1 и 3 (см. рис. 8) находятся в крайнем левом положении, а правая клавиша 5 "Контроль тока" включена (утопленное положение).

2.2.2. Получив разрешение на включение установки у преподавателя или инженера, включите вилки потребителей в сеть ~ 220 B, при этом на таб­ло цифровых вольтметров появятся некоторые показания.

2.2.3. Проверьте правильность сборки схемы – вольтметр В7-38/1 должен быть подключён к гнёздам "(2,5 - 4,5) ", В7-38/2 – к гнёздам «(12-120») источника питания.

2.2.4. Включите тумблер "Сеть" источника питания, при этом на нём зажи­гается индикаторная лампа "Сеть". По накалу нити катода внутри кассеты убедитесь в работе диода.

2.2.5. Дайте прогреться установке в течение 5 мин. Установка готова к работе.

Снятие вольт-амперной характеристики диода

2.2.6. По вольтметру В7-38/1, медленно вращая ручку 1 «(2,5-4,5)В» источника питания вправо по часовой стрелке, установите напряжение на­кала катода 4,10В (или ближайшее значение, достигаемое регули­ровкой, но с отклонением не более, чем ±0,02В). В протокол внесите установленное значение.

2.2.7. Переключатель диапазонов миллиамперметра переведите в положение "10mА".

2.2.8. Снимите вольт-амперную характеристику диода при напряжении накала 4,10В, то есть измерьте миллиамперметром анодный ток в зависимости от анодного напряжения . Значения от = 12,00 В до =50 В, при которых измеряется , приведены в таблице 1. Для установки необ­ходимо медленно повернуть ручку 3 «(12-120)В» источника питания вправо по часовой стрелке, контролируя устанавливаемое напряжение вольт­метром В7-38/2. С учётом возможностей регулировки заданные значения устанавливать точно или оставлять ближайшие величины, но с отклонением не более, чем ±0,2 В. Результаты измерения J_a запишите в таблицу 1, при этом зафиксируйте в протоколе положение делителя миллиамперметра. Оно необходимо для перерасчёта зафиксированных значений тока в мА, поскольку шкала миллиамперметра нанесена в делениях.

2.2.9. При снятии зависимости необходимо перед каждым замером анодного тока корректировать по вольтметру В7-38/1 напряжение накала катода, восстанавливая значение, заданное в п.4.6, если оно будет изменяться более, чем на ±0,02 В. После снятия последнего значения установите ручку 3 источника питания в крайнее левое положение (выполнять каждый раз перед переходом к следующему значению напряжения накала катода).

2.2.10. Снимите вольт-амперную характеристику диода для значений = (4,20; 4,30; 4,40) В согласно п.п.2.2.8-2.2.9.

Внимание! Перед установкой напряжения накала 4.40 В переключите диапазон миллиамперметра на 20 мА. Учтите новый диапазон при перерасчёте токов из делений в мА.

Результаты измерения за­пишите в таблицу 1. Вычислите значения для значений при =4,30 В ( выражать вА) и заполните таблицу 1.

Установите обе регулировочные ручки источника питания в крайнее левое положение, выключите тумблер "Сеть", отключите потребители от сети ~220 В.

2.2.11. На миллиметровой бумаге размером (21x30) см постройте график зави­симости для разных значений , откладывая по оси Y значе­ния в масштабе 1 mA/см, а по оси X - значения в масштабе 5 В/см. Пример графика для одного значения по­казан на рис. 9. При построении графиков руководствовуйтесь требованиями, предъявляемыми к построению графиков (см. Методическое пособие «МОРИ»).

Проверка закона Богуславского-Ленгмюра

2.2.12. По результатам измерения при =4,30 В на миллиметровой бумаге размером (21x15) см постройте график зависимости , от­кладывая по оси Y значения , а по оси X - значения в масштабе по обеим осям 0,4 1/см (см. рис. 10). В отношении логарифмирования см. примечание на л.12.

2.2.13. По графику определите показа­тель степени m в законе Богуславского-Ленгмюра , то есть m =ln J_a / lnU_a (отношение величин катетов треугольника).

2.2.14. Из графика зависимости определите при = 0 (см. рис. 10) и вычислите В. Размерность .

Рассчитайте погрешность определения m по формуле:

, где = 3/2 = 1,5.

Рис.9.

Рис.10.

Таблица 1

Кол. изм. n	Анодное напряжение Ua ± 0,2 В	Анодный ток при напряжении накала Uнак ± 0,02 В
Положение множителя миллиамперметра
«10 мА»	«20 мА»
4,10	4,20	4,30	4,40
Номинальное	Фактическое	lnUa (фактич.)		Jа	Jа	Iа	ln Ia	Ja
Дел	мА	Дел	мА	Дел	мА	А	Дел	мА
	12,0
	14,0
	16,0
	18,0
	20,0
	22,0
	24,0
	26,0
	28,0
	30,0
	32,0
	34,0
	36,0
	40,0
	45,0
	50,0

Учтите, что предел шкалы миллиамперметра равен 100 делениям.

Определение работы выхода А_вых из вольфрама

2.2.15. По графикам зависимости определите U_нас и . Для этого на графике для определённого в области насыщения вы­берите прямолинейный участок. Начало этого прямолинейного участка определяет U_нас (В), а середина прямолинейного участка - J_нас (А) (см. пример на рис.9). Результаты обработки графиков запишите в таблицу 2.

Таблица 2

№№ заме- ров	, В	, В	, Дж -1	, А
	4,10		0,310
	4,20		0,285
	4,30		0,260
	4,40		0,235

2.2.16. На миллиметровую бумагу размером (21x12) см нанесите точки зависимости , или , откладывая по оси Y значения в масштабе 0,1 1/см, а по оси X - значения 1/кТ из таблицы 2 в масш­табе 0,01∙10^-19 Дж^-1/см (см. рис. 11).

2.2.17. Соедините прямыми линиями друг с другом соседние точки и определите работу выхода электронов А_вых из вольфрама, считая, что , т.е. по отношению величин катетов соответствующих треугольников. Результат записать в Дж и эВ (I эВ = 1,602 ∙10^-19 Дж).

2.2.18. Рассчитайте погрешность измерения А_вых как случайную, считая средним значением А_вых значение, определённое из трёх по п. 2.2.17. Значение доверительной вероятности примите равным р=0,8.

При расчёте погрешностей руководствуйтесь методическим пособием № 100 или методическими указаниями МОРИ (по решению преподавателя).

Рис. 11.