Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej
Nazwisko i imię Radziszewski Sławomir studenta:							Instytut i symbol grupy Ed 3.5
Data wykonania ćwiczenia: 96-12-18		Symbol ćwiczenia: 10.1	Temat zadania: Wyznaczaniecharakterystyki diody.
Zaliczenie:			Ocena:	Data:	Podpis

1.Tabela pomiarowa.

typ	lampy :	dioda
U		Ia [ A ]
[ V ]	A1	A2	A1+A2
0.1	0.00065	0.0015	0.0025
2.5	0.0023	0.003	0.0052
5	0.0048	0.0054	0.0105
7.5	0.008	0.0085	0.0165
10	0.0115	0.012	0.0235
12.5	0.0155	0.0157	0.031
15	0.019	0.0197	0.039
17.5	0.024	0.0245	0.047
20	0.029	0.029	0.057
22.5	0.034	0.034	0.066
25	0.0395	0.0385	0.076
27.5	0.045	0.043	0.084
30	0.05	0.048	0.092
32.5	0.055	0.052	0.104
35	0.0595	0.055	0.114
37.5	0.064	0.059	0.122
40	0.068	0.064	0.13
42.5	0.072	0.067	0.139
45	0.078	0.072	0.148
47.5	0.08	0.076	0.16
50	0.084	0.08	0.17

2.Krótka teoria.

W lampach elektronowych wykorzystane jest zjawisko termoemisji, które polega na wysyłaniu elektronów przez nagrzane metale. Elektron może opuścić metal, jeżeli jego energia jest większa od pracy wyjścia elektronu z metalu. Jest to spowodowane tym, że na granicy metal-próżnia istnieje hamujące pole elektryczne tzw.bariera potencjału, która utrzymuje elektrony wewnątrz metalu.

Elektrony wybiegające z powierzchni metalu gromadzą się przy jego powierzchni i wraz z jonami dodatnimi wewnątrz metalu tworzą warstwę podwójną, której pole hamuje dalsze elektrony. Oprócz tego wylatujący elektron indukuje w metalu (zjawisko indukcji elektrostatycznej) ładunek przeciwnego znaku, które powoduje przyciąganie tego elektronu (siły zwierciadlanego odbicia). Aby elektron mógł opuścić metal musi wykonać pracę przeciw siłom pola pola hamującego : A=E_c-E_F , gdzie E_c jest energią odpowiadającą całkowitej wysokości bariery potencjału, a E_F -energią Fermiego tzn. maksymalną energią kinetyczną elektronów w temperaturze T₀=0K (rys.1)

Gęstość prądu, a więc liczba elektronów emitowanych w jednostce czasu z jednostkowej powierzchni zależy głównie od temperatury i pracy wyjścia elekktronów z metalu. Wzrost temperatury powoduje zwiększenie liczby elektronów, których energia ruchu cieplnego jest większa od pracy wyjścia elektronów z metalu. Można to osiągnąć za pomocą odpowiedniej obróbki powierzchni metali, wprowadzenie odpowiednich domieszek zmieniających strukturę siatki jonowej lub przez umieszczenie na powierzchni metalu cienkiej warstwy innej substancji wpływającej na zmniejszenie pracy wyjścia.

Gęstość prądu termoemisji (natężenie prądu przypadające na jednostkę powierzchni emitera-katody) w zależności od temperatury wyraża wzór Richardsona-Dushmana , gdzie a₀ jest stałą zależną od rodzaju metalu i stopnia czystości jego powierzchni, T-temperaturą bezwzględną, A-pracą wyjścia.Jeżeli katoda zostanie umieszczona w polu elektrycznym o natężeniu E, to na skutek efektu Schttky'egopraca wyjścia elektronu zostanie zmniejszona o .

Najprostrzą w konstrukcji lampą elektronową jest dioda. Składa się ona z dwóch elektrod, katody i anody umieszczonych w bańce szklanej lub metalowej. Katoda K jest wykonana przeważnie w postaci drucika, żarzonego z oddzielnego źródła prądu B_z (żarzenie pośrednie), natomiast anoda A ma kształt cylindra otaczjącego katodę. Anody wykonuje się z metali trudnotopliwych (molibden, tantal) oraz z grafitu.

Jeżeli między katodą a anodą zostanie wytworzone pole elektryczne, wówczas przy gorącej katodzie w obwodzie anodowym popłynie prąd elektryczny i_a. Charakterystyka diody przedstawia zależność prądu i_a=f(U_a)przy stałej temperaturzekatody tj. dla U_ż=const.

Ze względu na zjawiska fizyczne zachodzące w diodzie, można jej charakterystykę podzielić na trzy zakresy. I - zakres „prądu początkowego”, obejmuje ujemne napięcie anody U_a<0. Prąd początkowy powstaje w wyniku tego, że elektrony opuszczają katody z pewną prędkością początkową, dzięki której której mogą pokonać niewielkie pole hamujące i dotrzeć do anody. Prąd ten jest zwykle niewielk i maleje szybko w miarę zmniejszania wartości napięcia U_a.

II - zakres „ładunku przestrzennego” obejmuje dodatnie napięcia anody mniejsze od napięcia nasycenia ; 0<U_a<U_anas.W zakresie ładunku przestrzennego prąd anodowy jest mniejszy od prądu nasycenia i_a<i_anas na skutek hamującego odziaływania tego ładunku ; duże zagęszczenie elektronów w pobliżu katody powoduje, że występujące tam pole elektryczne oddziaływuje hamująco na ruch elektronów w kierunku anody. Część emitowanych elektronów o niewielkich prędkościach początkowych zostaje zahamowana w tym polu i zwrócona ku katodzie. Pozostałe elektrony, dzięki dostatecznie dużej prędkości początkowej, są w stanie pokonać hamujące działanie ładunku przestrzennego i osiągnąć anodę.

III - zakres „nasycenia” obejmuje napięcia anody większe od napięcia nasycenia U_a>U_anas. W zakresie nasycenia wszystkie elektrony emitowane z katody dobiegają do anody. Natężenie prądu i_a jest więc prawie niezależne od napięcia i równa się natężeniu prądu emisyjnego katody.

3.Opracowanie wyników pomiaru.

Wykorzystywane wzory :

- rezystancja dynamiczna

A₁ : U_B=47,5V , i_B=80mA

A₂ : U_B=47,5V , i_B=76mA

A₁+A₂ : U_B=47,5V , i_B=160mA

Klasa mierników :Kl.0,5

- rezystancja statyczna

	Typ lampy :	dioda
anody	A1	A2	A1+A2
	35	35	32,5
	64,5	60,3	121,0
Ri [W]	542,6	580,4	268,6
R [W]	593,8	625,0	296,9

Błąd bezwzględny jakim obarczony jest pomiar, np.natężenie prądu, jest sumą błędu wynikającego z niedokładności przyrządu i błędu wynikającego z niedokładności odczytu :

gdzie : - błąd wynikający z niedokładności amperomierza,

- błąd odczytu

Dla tego przypadku zakresy są obarczone błędam bezwzględnymi :

zakres napięciowy [ V ]	DU [ V ]	zakres prądowy [mA]	Di [ mA ]
3	0,065	3	0,065
7,5	0,1375	7,5	0,1375
15	0,325	15	0,325
30	0,650	30	0,650
75	1,375	75	1,375
		150	2,750
		300	5,500

Obliczenia błędu bezwzględnego dla woltomierza :

zakres 3V :

zakres 7,5V :

zakres 15V :

zakres 30V :

zakres 75V :

Obliczenia błędu bezwzględnego dla amperomierza :

zakres 3mA :

zakres 7,5mA :

zakres 15mA :

zakres 30mA :

zakres 75mA :

zakres 150mA :

zakres 300mA :

Błąd bezwględny i względny maksymalny dla rezystancji dymamicznej wynosi odpowiednio :

i odpowiednio dla rezystancji statycznej :

Dla anody A₁ :

i_A=0,0155A, i_B=0,0800A, U_A=12,5V, U_B=47,5V, DU_Bm=1,375V, DU_Am =0,325V , Di_Am=0,00065A, Di_Bm=0,00275A po podstawieniu do wzorów :

R_i=542,6 W ±55,0 W

Procentowo :

, R=593,8 W ±37,6 W

Procentowo :

Dla anody A₂ :

i_A=0,0157A, i_B=0,0760A, U_A=12,5V, U_B=47,5V, DU_Bm=1,375V, DU_Am =0,325V , Di_Am=0,00065A, Di_Bm=0,002750A po podstawieniu do wzorów :

R_i=580,4 W ±61,0 W

Procentowo :

, R=625,0 W ±40,8 W

Procentowo :

Dla anod A₁+A₂ :

i_A=0,0390A, i_B=0,1600A, U_A=15,0V, U_B=47,5V, DU_Bm=1,375V, DU_Am =0,325V , Di_Am=0,001375A, Di_Bm=0,00550A po podstawieniu do wzorów :

R_i=268,6 W ±29,4 W

Procentowo :

, R=296,9 W ±18,8 W

Procentowo :

---