Изучение распределения термоэлектронов по энергиям

Функциональный модуль №9 (рис. 23).

1. На передней панели расположены: крепежный винт 1, табличка с названием работы, гнезда 2 для подключения источника питания, гнезда 3 для подключения вольтметра, регулятор напряжения на первой сетке лампы U_C 4, регулятор задерживающего напряжения между второй сеткой и анодом U_З (грубо) 5, регулятор U_З (точно) 6, переключатель для измерения анодного тока I_A и задерживающего напряжения U_З, тумблер 8 включения модуля, электронная лампа 9.

2. Схема устройства (рис. 24) состоит из электронной лампы с тремя сетками между анодом и катодом. В работе исследуется лампа с косвенным подогревом оксидного катода. Накал лампы питается переменным током от трансформатора ТР с выходным напряжением 6, 3 В. питание сетки лампы, а также цепи регулировки задерживающего потенциала (R2, …)осуществляется от внешнего стабилизированного источника постоянного тока.

Сопротивление R1 служит для регулировки анодного тока лампы в отсутствии U_З. Сопротивления R2 и R3 (“грубо” и ”точно”) позволяют изменять задерживающий потенциал UЗ на аноде лампы с необходимой степенью точности. Сопротивление R4 = 200 Ом служит в качестве шунта для измерения анодного тока лампы.

(58)

Для изучения распределения термоэлектронов по скорости (энергиям) используется метод задерживающего потенциала. Электроны, вылетевшие из катода, образуют облако, в котором они распределены по скоростям в соответствии с функцией распределения Максвелла:

Некоторая часть электронов вытягивается из прикатодной области напряжением UC на первую сетку 11 лампы и затем ускоряется до энергии

(59)

где: Uy – напряжение между катодом К и второй сеткой 10.

При этом энергия всех электронов увеличивается на одинаковую величину, равную Ey много большую, чем начальная энергия термоэлектронов.

Анализ распределения ускоренных электронов по энергиям осуществляется методом задерживающего потенциала, для чего между второй сеткой и анодом лампы подается регулируемое задерживающее напряжение U_З и измеряется ток лампы I_A.

На анод подают только те электроны, энергия которых больше, чем работа электростатического поля по перемещению электронов от второй сетки к аноду, равная e U_З.

В соответствии с этим величина анодного тока при фиксированном ускоряющем напряжении будет изменяться в зависимости от величины задерживающего напряжения и зависимости Iа = f (U_З) будет иметь вид, изображенный на рис. 27.

Дифференцируя ее по U_З, получим распределение электронов по энергиям (кривая 2 на рис. 25).

 

Функциональный модуль №9 (рис. 23).

1. Тумблером 8 включить модуль №9.

2. Подсоединить источник питания и вольтметр приборного модуля №10 через разъемы 2 и 3 соответствующие обозначению полярности. Включить источник питания и установить на нем напряжение 10 В.

3. Переключить тумблер 4 в положение U_З. Установить с помощью переменных сопротивлений R и R (регуляторы 5 и 6) величину задерживающего потенциала U_З = 0.

4. Переключить тумблер 4 в положение I.

Регулятором 4 (U_C) установить ток анода не более 1, 5 мА. При этом показания милливольтметра (мультиметра) должны соответствовать значениям U = (25 … 30) мВ, I_A = U/R_Ш (R_Ш = 20 Ом).

5. Через 10 минут после включения накала лампы снять вольтамперную характеристику с шагом 0, 5 В. Для этого, изменяя U₃ через 0, 5 В, в каждой точке измерить величины тока анода.

6. Определить величину U₃, при котором начинается заметное уменьшение тока анода (U₃ = (6, 0 … 6, 5) В).

7. Провести измерения на падающем участке вольтамперной характеристики с более высокой точностью. Для этого регуляторами 5 и 6 (“грубо” и ”точно”) измерить U₃ с шагом 0, 1 В; при этом регистрировать ток анода.

Результаты измерений занести в таблицу.

 

Данные установки и таблица результатов измерений.

Сопротивление шунта для измерения анодного тока R_Ш = 20, 0 Ом.

 

 

Таблица 16.

 

№ п\п					…	…	…	…
U3, В
U, мВ
IA, мА
dI/dU

 

U – падение напряжения на сопротивлении R_Ш.

 

Обработка результатов измерений.

1.

(88)

Рассчитать величину анодного тока по формуле:

2. Построить график зависимости I_A = f(U₃).

3. Произвести графическое дифференцирование зависимости I_A = f(U₃), то есть определить dI_A/dU₃ с соответствующим шагом.

4. Построить график зависимости dI_A/dU₃ = f(U₃).

5. Из графиков I_A = f(U₃) и (dI_A/dU₃) = f(U₃) определить значения задерживающих напряжений U₃₁, U₃₂, U₃₃ и соответствующие им токи I_A1, I_A2, I_A3, в точках, характеризующих распределение термоэлектронов по энергиям.

 

Рис.23.

 

Рис.24.

 

Рис.25.

Приложение 1.