Описание схемы эксперимента

В лабораторной работе для определения удельного заряда электрона с помощью электровакуумного диода используется универсальный лабораторный стенд, который является источником стабилизированного напряжения и обеспечивает выход постоянного напряжения «+15В» и «+5В» при токе до 300мА, а также является источником переменного напряжения, обеспечивающим выход «~6,3 В».

Электрическая схема, необходимая для эксперимента, смонтирована на экспериментальной плате.

Для определения удельного заряда электрона с помощью вакуумного диода используется сменная плата, на которой смонтированы электрические элементы исследуемой цепи.

Принципиальная электрическая схема приведена на рисунке 4.

На сменной плате расположена радиолампа, которая является вакуумным диодом. Его параметры (расстояние между электродами и площадь электродов ) указаны на обратной стороне платы. Также на плате расположены измерительное сопротивление и потенциометр , с помощью которого регулируется величина напряжения в схеме.

Анодное напряжение снимается с эмиттера транзистора Т, установленного на сменной плате.

Принцип работы транзистора Т в данной схеме можно понять из решения уравнений Кирхгофа. Из второго закона Кирхгофа следует, что напряжение на средней точке переменного сопротивления , которое обозначим , должно равняться сумме напряжений между базой и эмиттером транзистора Т и напряжением на аноде лампы, которые обозначаются и соответственно:

. (11)

Переход база-эмиттер транзистора достаточно хорошо описывается с помощью закона Ома:

, (12)

где – сопротивление базы, – ток базы.

Для простоты рассуждений заменим лампу эквивалентным сопротивлением , где – ток анода лампы.

Тогда имеем: . (16)

Подставив (12) и (13) в (11), получим:

. (14)

Ток эмиттера транзистора примерно равный удовлетворяет соотношению: при >>1. Тогда напряжение на базе:

. (15)

Для транзистора, приведенного в схеме: 10 Ом, 30. Для используемого вакуумного диода > 100 Ом. Подставив эти предельные значения, можно сказать, что << , а значит:

. (16)

Таким образом, изменяя положение движка потенциометра, можно изменять напряжение на аноде лампы.

На сменной плате имеется еще ряд гнезд «3», «4», «5», облегчающих монтаж нужных схем измерения.