ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3
РАБОТА № 4.
ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ
Приборы и принадлежности: трехэлектродная электронная лампа (триод ),
выпрямители переменного тока на 300 В и 4 (или 12) В, два вольтметра,
миллиамперметр, два реостата, два ключа, переключатель полярности
(коммутатор ).
Краткая теория
В основе работы электронной лампы лежит явление термоэлектронной
эмиссии, которое состоит в испускании электронов нагретыми металлами.
Простейшей электронной лампой , состоящей из катода и анода, является диод .
Если составить электрическую цепь, содержащую такой вакуумный диод ,
источник анодного напряжения Б
а
, источник напряжения нити накала катода Б
н
и миллиамперметр (рис.1), то при нагретом катоде через лампу пойдет ток J
а
,
называемый анодным током . Опыт показывает , что
сила тока J
а
зависит от температуры катода,
материала, из которого он сделан , и разности
потенциалов между катодом и анодом . При
постоянной температуре катода сила анодного тока
возрастает с увеличением разности потенциалов U
а
между электродами. Однако зависимость между
силой тока J
а
и разностью потенциалов U
а
не
выражается законом Ома и носит более сложный
характер, графически представленный для двух
температур накала нити катода на рис.2. При малых
анодных напряжениях сила тока J
а
вначале медленно растет с повышением
напряжения. Это объясняется тем, что при малых значениях U
а
не все
электроны, испускаемые катодом , достигают анода. Часть электронов образует
между катодом и анодом электронное облако (отрицательный
пространственный заряд ), которое препятствует движению к аноду вновь
вылетающих из катода электронов. По мере
увеличения напряжения U
а
электронное
облако рассеивается и ток J
а
растет . Начиная с
некоторого определенного значения U
н,
дальнейшее возрастание силы тока вообще
прекращается, т .е. ток достигает насыщения. Это
объясняется тем, что все электроны,
испускаемые нитью , достигают анода. Сила тока
насыщения J
н
численно равна заряду всех
электронов, испускаемых в единицу времени
данным катодом при данной температуре.
Зависимость анодного тока от анодного
напряжения называется анодной характеристикой диода. Богуславский и
Ленгмюр независимо друг от друга показали, что при U
а
< U
н
зависимость
анодного тока от анодного напряжения описывается формулой (закон «трех
вторых»):
К
А
Б
К
Б
А
µ
А
_
+
Рис.1
Т
2
>T
1
Т
2
Т
1
U
А
U
H
U
H
J
H
Рис.2
J
А
J
H
3
Р А Б О Т А № 4.
И З У Ч Е НИ Е Р А Б О Т Ы Т Р Е Х Э Л Е К Т Р О Д НО Й Л А М П Ы
Приборы и прин ад ле жн ост и: т ре хэле кт род н аяэле кт рон н аялампа (т риод ),
вы прямит е ли пе ре ме н н огот ока н а 300 В и 4 (или 12) В, д ва вольт ме т ра,
миллиампе рме т р, д ва ре ост ат а, д ва клю ч а, пе ре клю ч ат е ль полярн ост и
(коммут ат ор).
К раткая те ория
В осн ове работ ы эле кт рон н ой лампы ле жит явле н ие т е рмоэле кт рон н ой
эмиссии, кот орое сост оит в испускан ии эле кт рон ов н агре т ы ми ме т аллами.
Прост е й ше й эле кт рон н ой лампой , сост ояще й из кат од а и ан од а, являе т ся д иод .
Е сли сост авит ь эле кт рич е скую це пь, сод е ржащую т акой вакуумн ы й д иод ,
ист оч н ик ан од н огон апряже н ияБ а, ист оч н ик н апряже н иян ит и н акала кат од а Б н
и миллиампе рме т р (рис.1), т о при н агре т ом кат од е ч е ре з лампу пой д е т т ок Jа,
н азы вае мы й ан од н ы м т оком. Опы т показы вае т , ч т о
А сила т ока Jа зависит от т е мпе рат уры кат од а,
мат е риала, из кот орого он сд е лан , и разн ост и
пот е н циалов ме жд у кат од ом и ан од ом. При
К пост оян н ой т е мпе рат уре кат од а сила ан од н ого т ока
µА
возраст ае т с уве лич е н ие м разн ост и пот е н циалов Uа
ме жд у эле кт род ами. Од н ако зависимост ь ме жд у
_ силой т ока Jа и разн ост ью пот е н циалов Uа н е
БК + вы ражае т ся закон ом Ома и н осит боле е сложн ы й
БА
Р ис.1 характ е р, граф ич е ски пре д ст авле н н ы й д ля д вух
т е мпе рат ур н акала н ит и кат од а н а рис.2. При малы х
ан од н ы х н апряже н иях сила т ока Jа вн ач але ме д ле н н о раст е т с повы ше н ие м
н апряже н ия. Э т о объясн яе т ся т е м, ч т о при малы х зн ач е н иях Uа н е все
эле кт рон ы , испускае мы е кат од ом, д ост игаю т ан од а. Ч аст ь эле кт рон ов образуе т
ме жд у кат од ом и ан од ом эле кт рон н ое облако (от рицат е льн ы й
прост ран ст ве н н ы й заряд ), кот орое пре пят ст вуе т д виже н ию к ан од у вн овь
вы ле т аю щих из кат од а эле кт рон ов. По ме ре
уве лич е н ия н апряже н ия Uа эле кт рон н ое JА Т2
облако рассе ивае т ся и т ок Jа раст е т . Н ач ин ая с J
H
н е кот орого опре д е ле н н ого зн ач е н ия Uн , Т 2>T1
д альн ей ше е возраст ан ие силы т ока вообще
пре кращае т ся, т .е . т ок д ост игае т н асы ще н ия. Э т о JH Т1
объясн яе т ся т е м, ч т о все эле кт рон ы ,
испускае мы е н ит ью , д ост игаю т ан од а. С ила т ока
н асы ще н ия Jн ч исле н н о равн а заряд у все х
эле кт рон ов, испускае мы х в е д ин ицу вре ме н и UH UH UА
д ан н ы м кат од ом при д ан н ой т е мпе рат уре . Р ис.2
Зависимост ь ан од н ого т ока от ан од н ого
н апряже н ия н азы вае т ся ан од н ой характ е рист икой д иод а. Б огуславский и
Л е н гмю р н е зависимо д руг от д руга показали, ч т о при Uа< Uн зависимост ь
ан од н ого т ока от ан од н ого н апряже н ия описы вае т ся ф ормулой (закон « т ре х
вт оры х»):
