ROK AKADEMICKI 1995/1996	LABORATORIUM Z FIZYKI
nr ćwiczenia 63	TEMAT: PROCESY FIZYCZNE W LAMPACH ELEKTRONOWYCH
wydział: Elektronika grupa 2.2	MARIAN BRUZGO
data wykonania	OCENA		DATA ZALICZENIA	PODPIS
	T.
	S.

1 Zasada pomiaru.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie termoelektrycznej pracy wyjścia elektronów metodą prostych Richardsona dla wolframu oraz zbadanie zależności natężenia prądu emisji termoelektrycznej od temperatury katody.Zjawisko emisji termoelektrycznej zbadamy przy pomocy lampy elektronowej.Jako że gęstość prądu nasycenia jn (wielkość wyrażająca prąd termoelektryczny z jednostki powierzchni emitującego układu) wzrasta bardzo szybko ze wzrostem temperatury katody.Wartość jn obliczamy według wzoru Richardsona - Duschmana : jn = B T2 exp(-w/kT) wiedząc,że : jn = In/Sk mierząc prąd nasycenia i znając temperaturę katody możemy wyznaczyć pracę wyjścia w[eV].Jeżeli teraz zlogarytmujemy wzór Richardsona - Duschmana i dokonamy pewnych uproszczeń to uzyskamy : ln jn = const (-w/kT).Wykresem tej zależności w układzie współrzędnych : ln jn i 1/T jest tzw. prosta Richardsona.W oparciu o wykres wyznaczamy pracę wyjścia W = k tg a .Temperaturę katody wyznaczamy w oparciu o prawo Stefana - Boltzmana

2 Schemat układu pomiarowego.

Schemat do pomiaru prądu nasycenia i mocy właściwej katody.

3 Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

Dokładność pojedynczych pomiarów oceniam następująco:

- pomiar prądu żarzenia błąd równy pół działki tj. 10mA

- pomiar pradu nasycenia - pół działki plus błąd miernika 0.5%

- pomiar napięcia żarzenia - pół działki plus błąd miernika 0.5%

4 Tabele pomiarowe.

Iż Iż Uż Uż In In

[A] [A] [A]

1 0,65 0,01 1,65 0,04 0,2 0,09

2 0,7 0,01 1,85 0,04 0,8 0,09

3 0,75 0,01 2,05 0,04 2,2 0,09

4 0,8 0,01 2,25 0,04 6,3 0,09

5 0,85 0,01 2,5 0,04 17 0,4

6 0,9 0,01 2,85 0,09 55 0,9

7 0,95 0,01 3,1 0,09 96 2

Tabela 1 przedstawia wartości prądu żarzenia,napięcia żarzenia

oraz prądu nasycenia wraz z błędami.

Pż Pż T 1/T 1/T jn lnjn

[W] [K] [K-1] [mA/cm2]

1 1,07 0,04 783,8 1,2758 E -3 0,2 -1,609

2 1,3 0,05 822,9 1,2152 E -3 0,8 -0,223

3 1,54 0,05 858,5 1,1648 E -3 2,2 0,788

4 1,8 0,06 892,6 1,1203 E -3 6,3 1,841

5 2,12 0,06 929,9 1,0754 E -3 17 2,833

6 2,56 0,11 974,8 1,0258 E -3 55 4,007

7 2,94 0,12 1009 0,9909 E -3 96 4,564

Tabela 2 przedstawia wartości mocy żarzenia z błędami,temperatury

katody,gęstości prądu nasycenia oraz wartości 1/T z błędami i

logarytmu gęstości prądu nasycenia.

5. Przykładowe obliczenia wyniku pomiaru wielkości złożonej.

Uż * Iż

__P: Moc żarzenia obliczamy wg. wzoru: Pż = gdzie Sk przyjmujemy 1cm2. Sk

Pż

Temperaturę obliczamy wg. wzoru: T =

4Ó es

Wartość 1/T obliczamy wg. wzoru: 1/T = (Pż/es)-1/4

Gęstość prądu : jn = In/Sk.

Pracę wyjścia obliczamy wg. wzoru W = k * tga , gdzie

Ć!X#0 k jest stałą Boltzmana równą 1.380662 E-23 , zaś tga obliczamy jako stosunek przyrostów (ln jn) i (1/T) , który po uśrednieniu wynosi tga = 21386 . Więc praca wyjścia

W = 2.953 E-19 J = 1.845 eV.

6 Rachunek błędów.

Wszystkie błędy obliczyłem na podstawie różniczki zupełnej.

Ponieważ pż=Iż*Uż/Sk gdzie Sk jest wartością stałą równą 1cm2

to różniczka zupełna Iż*dUż + Uż*dIż

dPż=

Sk

Dla przykładowego szustego pomiaru Iż=0.9A , dIż=0.01A , Uż=2.85V , dUż=0.09V , a dPż poobliczeniach wg. wzoru wynosi dPż= 0.1095W/cm2.

Błąd wartości 1/T obliczamy ze wzoru:

d(1/4) = 1/4 * (Pż/es)-1.25 * dPż

Przykładowo szusty pomiar:Pż=1.07W , dPż=0.1095W , e=0.5 , s=5.67*10-12 W/cm2K4 ,zaś d(1/T)=9.2537068E-17 K-1.

7 Zestawienie wyników pomiarów.

Praca wyjścia W = 1.80.4 eV.

W zestawieniu wyników pomiarów zamieszczam wykresy jn= f(Iż), jn= f(Pż) i ln jn= f(1/T).

8 Uwagi i wnioski.

Błąd pomiaru wartości pracy wyjści wynosi ponad 20% , co jest wartością bardzo dużą jeżeli dokładność mierników użytych do pomiarów wynosiła 0.5%.Podczas pomiaru po zwiększeniu prądu żarzenia należało odczekać chwilę aż ustabilizuje się temperatura katody,jednak wtedy (od czwartego pomiaru) prąd nasycenia zaczął spadać po czym wzrastać w dużym zakresie około 20% .Postanowiliśmy przyjąć maksymalną wartość prądu.

Podczas obliczania błędu wartości 1/T w oparciu o różniczkę zupełną błąd ten okazał się niesamowicie mały (rzędu 10-17) tj. o 14 rzędów mniejszy od wartości 1/T.

---