Termokatoda jest to katoda emitująca elektrony pod wpływem energii cieplnej. Dostarczenie energii cieplnej powoduje wzrost energii kinetycznej elektronów w nagrzanym materiale i część z nich może wydostać się na zewnątrz. Zależność gęstości prądu emisyjnego od temperatury i rodzaju materiału, z którego jest wykonana termokatoda przedstawia równanie Richardsona

Podstawowymi wielkościami opisującymi własności termokatod są: prąd emisyjny, moc żarzenia, wydajność i trwałość. Prąd emisyjny odpowiada całkowitemu strumieniowi elektronów emitowanych z katody, a więc jest iloczynem gęstości prądu emisyjnego j_e i skutecznej powierzchni katody A_k. Moc żarzenia katody zostaje w większości zużyta na pokrycie strat spowodowanych promieniowaniem cieplnym, może więc być w przybliżeniu wyrażona wzorem

Wydajność teoretyczna katody to wielkość charakteryzująca ją pod względem ekonomicznym i będąca stosunkiem prądu emisyjnego do mocy żarzenia. Trwałość katody jest to średni czas pracy, w ciągu którego zachowuje ona zdolność użytkową.

W pierwszym zakresie charakterystyki statycznej dla napięć ujemnych, część elektronów emitowanych z katody dostaje się do anody, ponieważ ich energia jest większa od energii pola hamującego anody. Katoda jest otoczona ładunkiem przestrzennym elektronów. W drugim zakresie, już dla dodatnich napięć na anodzie, coraz większa część elektronów z ładunku przestrzennego osiąga anodę, a w zakresie trzecim następuje nasycenie prądu, tzn. wszystkie elektrony opuszczające katodę dochodzą do anody. Zakres ten jest wyraźnie widoczny w diodach z katodami z metali jednorodnych, ponieważ wzrostowi napięcia na anodzie nie towarzyszy wzrost prądu anody.

Podstawowym parametrem diody jest rezystancja wewnętrzna dla małych zmian napięcia na anodzie, mierzona od wybranego poziomu napięcia U_a=U_o.

Oprócz rezystancji wewnętrznych i mocy do ważnych parametrów diody należą: napięcie max przykładane do diody w kierunku przewodzenia U_amax, napięcie maksymalne U_rmax przykładane do diody w kierunku wstecznym, prąd średni wyprostowany I_a0, pojemność między anodą i katodą C_ak, napięcie i prąd żarzenia.

1. Schemat blokowy aparatury pomiarowej.

2. Tabela pomiarowa.

Lp.
	UA[V]	IA[μA]	UA[V]	IA[μA]
	80	80	80	65
	105	140	90	85
	120	220	100	160
	140	310	120	260
	150	420	140	366
	170	520	150	500
	185	570	170	650
	200	580	185	750
	220	585	200	800
	230	590	215	800
	240	595	230	800
	260	595	245	825
	275	600	260	825
	290	600	270	850
	310	605	290	850
	325	610	300	850
	340	610	315	850
	360	615	340	850
	375	615	355	850
	385	620	370	850
	395	620	380	850
	410	620	395	860
	425	625	420	860
	440	625	430	865
	460	630	440	875
			460	875

Opracowanie wyników pomiarowych

1. Wykres I_A=f(U_A) dla U_ż1=4.2 [V] i U_ż2=4.4 [V]

2. Prądy nasycenia

I_An1=580 [mA]

I_An2=825 [mA]

3. Opór katody R_T

R_T=1,787Ω

R_T=1,833Ω

4.Wykres R_T/R_o=f(T)

Temperatura katody dla odpowiadającemu jej napięciu żarzenia wynosi:

dla U_Ż1=4.2 V T₁= 1095 K

a dla U_Ż2=4.4 V T₂= 1110 K

5. Obliczona praca wyjścia wynosi:

Φ = k*T₁*T₂* [2ln(T₁/T₂) - ln(I_An1/I_An2)]*1/(T₂-T₁)= 4.171 J = 2.603 eV

6. Błąd pomiaru prądu żarzenia

Błąd pomiaru napięcia żarzenia

Błąd pomiaru prądu anodowego

μA

Błąd pomiaru napięcia anodowego

Błąd pomiaru oporu katody

Błąd obliczeń pracy wyjścia wynosi:

ΔΦ = 0.464 eV

Praca wyjścia wraz z błędem wynosi:

Φ = 2.603 ± 0.464 eV

Wnioski:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie pracy wyjścia elektronów z katody lampy próżniowej. Ćwiczenie wykonane zostało przy dwóch napięciach żarzenia 4.2V i 4.4V dla których prąd żarzenia wynosił odpowiednio 2.35A oraz 2.4A. Otrzymane charakterystyki I_A=f(U_A) odpowiadają przebiegom diody próżniowej tzn. początkowo prąd anodowy rośnie ze wzrostem napięcia a następnie przyjmuje wartość stałą tzw. prąd nasycenia mimo wzrostu napięcia. Obliczona praca wyjścia wynosi Φ = 2.603 ± 0.464 eV i obciążona jest niewielkim błędem spowodowanym niedokładnościami aparatury i błędami odczytu z mierników ( błąd paralaksy ).

U_Ż1= 4.2 V I_Ż1= 2.35 A U_Ż2= 4.4 V I_Ż2= 2.4 A

---