50195

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

Лабораторная работа

Физика

Важнейшей характеристикой диода является зависимость силы тока текущего через лампу анодного тока от разности потенциалов между катодом и анодом анодного напряжения. Анодный ток зависит от анодного напряжения и от температуры катода. При постоянной температуре катода анодный ток возрастает с увеличением анодного напряжения . Поскольку механизм возникновения электрического тока в этом случае отличается от механизма возникновения тока в проводниках то зависимость анодного тока от анодного напряжения не описывается законом Ома.

Русский

2014-01-17

336.5 KB

26 чел.

PAGE  2

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Группа_______УПП_ – 141 ____________   _       К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент ___________Атрощенко А.Л.    __           Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель_________Пыканов И.В.     ___ Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №______19__

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ ЛАМП

(Название лабораторной работы)

  1.  Цель работы:

Изучение принципа действия электронной лампы и снятие характеристик диода и триода; определение параметров триода в отсутствие сопротивления в цепи анода ____________________________________________________________________

  1.  Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

Рис 1 - . Принципиальная схема включения лампы.


3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Электронная лампа представляет собой стеклянный, металлический или керамический баллон с впаянными металлическими электродами. В баллоне создается разрежение воздуха до давления порядка 10-7 мм рт. ст. (примерно 10 Па). Один из электродов лампы (катод) накаливается пропусканием по нему электрического тока (прямой накал) или с помощью подогревного устройства (косвенный  накал) и является источником электронов, покидающих поверхность металлического электрода.

Явление испускания электронов нагретыми телами лежит в основе работы электронной лампы и называется термоэлектронной эмиссией.

Катод лампы обычно изготавливается в виде нити из тугоплавкого металла. При нагревании катода электроны эмиссии образуют вокруг него отрицательный пространственный заряд, так называемое электронное облако. Вблизи катода оно удерживается кулоновскими силами, которые возникают между электронным облаком и положительно заряженным в результате эмиссии электронов поверхностным слоем металла.

Второй электрод является анодом лампы.  При положительном потенциале анода относительно катода электроны эмиссии движутся под действием электрического поля между катодом и анодом, и в лампе возникает электрический ток.

Присутствие пространственного заряда приводит к такому перераспределению потенциала между катодом и' анодом, которое оказывает тормозящее действие на электроны. С возрастанием положительного потенциала анода плотность электронного облака постепенно уменьшается и при некотором напряжении между катодом и анодом обращается в ноль. При этом движение электронов определяется электрическим полем, зависящим только от разности потенциалов между катодом и анодом и конфигурации электродов лампы.

Диод. Простейшей электронной лампой является диод (двух электродная лампа). Для того, чтобы диод пропускал электрический ток, катод должен иметь отрицательный, а анод - положительный потенциал. Перемена знака потенциала анода позволяет "запереть" лампу, т.е. прекратить прохождение тока через нее. Односторонняя проводимость диода используется для выпрямления переменного тока.

Важнейшей характеристикой диода является зависимость силы тока, текущего через лампу (анодного тока), от разности потенциалов между катодом и анодом (анодного напряжения). Ее называют вольтамперной или анодной характеристикой диода (ВАХ).

Анодный ток зависит от анодного напряжения и от температуры катода. При постоянной температуре катода анодный ток  возрастает с увеличением анодного напряжения . Поскольку механизм возникновения электрического тока в этом случае отличается от механизма возникновения тока в проводниках, то зависимость анодного тока от анодного напряжения не описывается законом Ома.

На рис.1 представлена типичная вольтамперная характеристика диода. Для участка кривой abc характерно нелинейное возрастание анодного тока, на участке cd анодный ток почти не изменяется при увеличении анодного напряжения. Это объясняется тем, что при некотором анодном напряжении подавляющее число электронов эмиссии достигает анода, и лишь незначительная их часть рассеивается, не достигнув анода.

Максимальное значение анодного тока при данной температуре катода называется током насыщения лампы. Сила тока насыщения  численно равна заряду всех электронов, испускаемых катодом в единицу времени:

,

где n - число электронов, испускаемых катодом в единицу времени,

e величина заряда электрона.

 

Рис.2. Вольтамперная характеристика диода

Плотность тока насыщения  зависит от температуры катода и работы выхода электрона из металла. Эта зависимость выражается формулой Ричардсона-Дэшмана:

,     (1)

где В - эмиссионная постоянная, одинаковая для всех металлов;

      Т - абсолютная температура катода;

      k - постоянная Больцмана;

      А - работа выхода электрона из металла.

Таким образом, увеличение напряжения накала вызывает повышение температуры катода, и, следовательно, возрастание анодного тока при всех значениях анодного напряжения, в том числе и тока насыщения.

Зависимость анодного тока от анодного напряжения на участке кривой ab (см. рис.2) приблизительно может быть описана законом Богуславского-Ленгмюра, называемым "законом трех вторых":

,       (2)

где В' - коэффициент, зависящий от формы и взаимного расположения катода и анода при прочих одинаковых условиях.

Семейством анодных характеристик диода (ВАХ) является совокупность графиков, изображающих зависимости анодного тока  от анодного напряжения U при различных фиксированных напряжениях накала U, т.е.

 при   =const.

Триод. Это электронная лампа с тремя электродами (катод, анод, сетка). Сетка расположена между катодом и анодом вблизи катода. При этом между сеткой и катодом создается сильное электрическое поле. Поэтому влияние потенциала сетки на анодный ток более значительно, чем влияние потенциала анода.

Назначением сетки является управление анодным током лампы (отсюда название сетки - управляющая или управляющий электрод). При положительном потенциале сетки усиливается ускоряющее электрическое поле между катодом и анодом, и анодный ток увеличивается, а при отрицательном - это поле ослабляется, и анодный ток уменьшается по сравнению с током лампы при нулевом потенциале сетки. При некотором отрицательном потенциале сетки ток через лампу прекращается, т.е. лампа оказывается "запертой".

Минимальное по абсолютной величине и отрицательное по знаку напряжение между сеткой и катодом, при котором ток через лампу не течет, называется напряжением запирания.

При постоянном напряжении накала катода анодный ток в триоде зависит от разности потенциалов  между катодом и анодом (анодного напряжения) и напряжения между сеткой и катодом (сеточного напряжения) , т.е. является функцией двух переменных:

)   при   =const.

Зависимость анодного тока от анодного напряжения при фиксированном значении сеточного напряжения и неизменном напряжении накала катода называется анодной характеристикой триода (рис.2, а):

  при   =const  и  =const.

Зависимость анодного тока от сеточного напряжения при фиксированном значении анодного напряжения и неизменном напряжении накала катода называется анодно-сеточной характеристикой триода (рис.2, б):

  при   =const  и  =const.

Важнейшими параметрами триода являются: внутреннее сопротивление R, крутизна анодно-сеточной характеристики S и коэффициент усиления лампы . Эти параметры зависят от сопротивления в цепи анода. В данной работе сопротивление в цепи анода отсутствует. Такой режим и параметры, соответствующие ему, называются статическими.

Выясним смысл перечисленных параметров триода, для чего рассмотрим зависимость анодного тока от анодного и сеточного напряжения при постоянном напряжении накала катода.

Полный дифференциал анодного тока:

                     .     (3)

Индексы при частных производных означают, что в первом слагаемом дифференцирование производится при U=const , а во втором - при =const.

Внутреннее дифференциальное сопротивление R лампы определяется из соотношения:

,             (4)

и показывает, на сколько вольт надо изменить анодное напряжение при неизменном сеточном, чтобы анодный ток изменился на единицу.

Рис.3. Анодная (а) и анодно-сеточная (б) характеристики триода

Величина

         (5)

называется крутизной анодно-сеточной характеристики; она показывает скорость изменения анодного тока при изменении потенциала сетки, когда анодное напряжение постоянно.

Отношение

        (6)

позволяет сравнить влияние приращений анодного и сеточного напряжений на анодный ток и называется коэффициентом усиления лампы. Из формул (4), (5) и (6) видно, что

            (7).

Приведенные параметры триода определяются по измеренным анодным и анодно-сеточным характеристикам.

На рис.3 представлено семейство анодных характеристик триода.

Кривые 1 и 2 сняты при близких значениях сеточных напряжений U и U. Для определения параметров триода на графике выбирается некоторое значение анодного тока в пределах прямолинейной части характеристик I и II (точка А). Через эту точку проводится прямая, параллельная оси абсцисс, пересекающая кривые 1 и 2 (точки В, С), а через точку С проводится прямая, параллельная оси ординат, до пересечения с кривой 2 (точка D).

Характеристический  треугольник  BCD содержит все данные, необходимые для определения параметра триода:

.

По этим данным вычисляются

.         (8)

Как указывалось выше, параметры триода можно определить и по анодно-сеточным характеристикам, представленным на рис. 4.

Из рис.4 следует, что

         (9)

Чтобы иметь возможность сравнивать значения параметров, вычисленных по формулам (8) и (9), необходимо выбирать на рис.3 и 4 близкие режимы работы.

Рис.5. Анодно-сеточные характеристики триода.

Принципиальная схема включения лампы для снятия характеристик приведена на рис.5, где Л - исследуемая лампа; А - анод; С - сетка; К - катод; мА - миллиамперметр для измерения анодного тока; V и V- вольтметры для измерения анодного и сеточного напряжений; В - выпрямитель, являющийся источником питания лампы.

В режиме отключения сетки (=0) лампа работает как диод. В режиме с включенной сеткой лампа работает как триод.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с установкой, измерительными приборами, определите цену деления приборов.

2. Ознакомьтесь с указаниями к работе, приведенными на стенде, и получите разрешение на включение установки.

Снятие анодных характеристик (ВАХ) диода при различных напряжениях накала катода.

1. Установите напряжение накала U и после прогрева катода приступите к снятию анодной характеристики, т.е. измерению силы анодного тока при различных значениях анодного напряжения, указанных на стенде. При этом следите, чтобы напряжение на сетке всегда было равным нулю (U=0). Результаты измерений занесите в таблицу 1.

2. Повторите подобные измерения при напряжении накала катода U.

Значения  и  указаны на стенде.

Снятие анодных характеристик (ВАХ) триода при различных сеточных напряжениях.

1. Установите напряжение накала катода U и сеточное напряжение U в соответствии с указанными на стенде значениями.

2. Измерьте силу анодного тока лампы  при различных значениях анодного напряжения U, указанных на стенде или заданных преподавателем. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

ВО ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЙ СЛЕДИТЕ ЗА ПОКАЗАНИЯМИ ПРИБОРОВ И ПОДДЕРЖИВАЙТЕ ИХ НА ЗАДАННОМ УРОВНЕ!

3. Повторите измерения, указанные в п.1 и 2, при других значениях сеточного напряжения   приведенных на стенде.

Снятие анодно-сеточных характеристик триода.

1. Установите заданное значение анодного напряжения U и измерьте силу анодного тока  при различных сеточных напряжениях, значения которых указаны на стенде. Результаты измерений занесите в таблицу 3.

2. Повторите измерения, указанные в п.1, при других значениях анодного напряжения.

Построение графиков и расчет параметров триода.

1. Постройте семейство анодных характеристик диода по данным таблицы 1:

при =const.

2. Постройте семейство анодных характеристик триода по данным таблицы 2:

 при  =const  и  =const.

3. Определите параметры триода R, S и , пользуясь характеристическим треугольником, выбранным на прямолинейном участке полученных графиков (см. рис.3, формулы (8)).

4. Постройте семейство анодно-сеточных характеристик триода по данным таблицы 3:

 при  const  и  =const.

5. Определите параметры  триода , S  и  , пользуясь характеристическими треугольниками, выбранными на прямолинейных участках полученных графиков. При этом следует выбрать режим работы лампы, близкий к использованному в п.3 (см. рис.4, формулы (9)).

6. Результаты расчетов параметров лампы, проведенных в пп.3 и 5, занесите в таблицу 4.

7. Оцените точность определения параметров лампы по косвенным измерениям и, округлив их значения, вычислите процент расхождения между параметрами лампы, полученными двумя выше описанными способами (формулы (8) и (9)).

Например, для внутреннего сопротивления лампы

,

где  - относительная погрешность измерения приращения анодного напряжения; - относительная погрешность измерения приращения анодного тока.


4. Таблицы и графики
1.

Таблица 1Анодные характеристики диода

N п/п

U, В

/ ,мА

/, мА

U= 2,5 B

=6,3В

1

5

1

0,5

2

10

3,2

1,9

3

15

5,5

3,1

4

20

6,2

5,2

5

25

6,5

6,8

6

30

6,8

8,3

7

35

7

10,5

8

40

7

12,1

Таблица 2Анодные характеристики триода

Nn/п

, В

, мA

, мА

, мА

,= 2 В 

= 1 В

= -2 В

1

5

2

1

0,5

2

10

6

4

1

3

15

10

8

3

4

20

15

12

10

      5

25

22

16

15

     6

30

32

22

21

     7

35

42

29

25

     8

40

56

37

30

Таблица 3Анодно-сеточные характеристики триода

N п/п

, В

, мА

/, мА

/, мА

= 120 В

=     В

=…В

1

-3

0,1

0,2

0

2

-2,5

0,1

0,8

3

-2

0,6

1,8

4

-1,5

1,5

3,4

5

-1

2,7

4,7

6

-0,5

3,4

5,3

7

0

3,7

5,8

8

0,5

3,9

6,0

9

1

4,0

6,2

Таблица 4 Расчет параметров триода

Парамет-

Единица

Параметры

Параметры

Процент

ры лампы

измерения

лампы,.вычислен-

лампы, вычислен

расхож-

ные по формуле (8)

ные по формуле (9)

дения

Ом

1,8

1,82

21%

S

А/В

7

8,8

23%

-

13

16

22%


5. Расчёт погрешностей измерений
 

(указать метод расчёта погрешностей).

,

6. Окончательные результаты:

                         

                              

                            

Подпись студента:

7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).

.        

             

                

                       

1 Графики выполняются на миллиметровой бумаге или в компьютерном виде с использованием программ построения графиков. Необходимо соблюдать правила построения графиков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48813. Внутренний водопровод и канализация жилого дома 210 KB
  Водопровод Описание системы и схемы внутреннего водопровода Гидравлический расчет водопроводной сети Определение расчетных расходов Определение диаметров труб и потерь напора Подбор счетчика количества воды Определение требуемого напора Канализация Системы внутренних водопроводов по конструктивному выполнению следует принимать тупиковыми если допускается перерыв в подаче воды; кольцевыми с закольцованными вводами при необходимости обеспечить непрерывную подачу воды кольцевые сети должны быть...
48814. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ СВЯЗИ ТОМСК-СТРЕЖЕВОЙ 9.81 MB
  3 где постоянные коэффициенты соответствующие фиксированной доступности и заданным потерям; обычно потери задаются 5 поэтому ; коэффициент тяготения; Эрл удельная средняя нагрузка создаваемая одним абонентом количество абонентов обслуживаемых оконечными станциями АМТС соответственно в пунктах А и Б. На затухание света в ОВ влияют такие факторы: потери на поглощении; потери на рассеянии; кабельные дополнительные потери. Потери на поглощении и...
48815. Розрахунок радіоприймача 218 KB
  Величезне значення для розвиту радіотехніки мало створення електронних ламп. У 1883р. Томас Едісон виявив, що скляна колба вакуумної лампочки розжарювання темніє із- за того, що розпиляло матеріалу нитки. Згодом було встановлено, що причиною даного «ефекту Едісона»
48817. Горячее водоснабжение жилого микрорайона 634.5 KB
  Определение температуры воды в подающей трубе теплосети в точке излома повышенного графика. Максимальный секундный расход воды на расчетном участке сети л с при гидравлическом расчете теплопроводов системы горячего водоснабжения определяется по формуле 1 где секундный расход горячей воды водоразборным прибором с наибольшим расходом л с принимаемый в соответствии...
48820. Датчики в курсовом проектировании 349.5 KB
  Подробную информацию о датчиках легко найти в Интернете по их названиям Датчики температуры с выходным сигналом в виде напряжения Марка Диапазон измеряемых температур C Напряжение питания V Чувствительность мВ C Диапазон выходных напряжений В Потр. Схема подключения датчика к усилителю с возможным условным обозначением датчика предлагается ниже. Подключение датчика к внешней цепи Если входное сопротивление усилителя не будет велико десятки килоом то сопротивление R1 необходимо включить в состав входного сопротивления. Возможное...