TEMAT: Pomiar pracy wyjścia termoelektronów |
|||
IMIĘ I NAZWISKO: Jacek Szulc |
|||
WYDZIAŁ: Elektryczny |
SEMESTR: IV |
ROK: 1995/96 |
|
ZESPÓŁ: 12 |
DATA WYKONANIA: 1996.03.26 |
||
OCENA: |
PODPIS: |
1. PODSTAWY TEORETYCZNE
Prąd nasycenia In odpowiada całkowitemu strumieniowi elektronów emitowanych z katody, jest więc iloczynem gęstości jn prądu emisyjnego i czynnej powierzchni
katody:
In = jn S
Przy pewnym określonym napięciu anodowym wysokość bariery potencjału staje się równa zeru; odpowiada to napięciu, przy którym wszystkie wyemitowane przez katodę elektrony dotrą do anody. Otrzymamy wtedy prąd nasycenia. Gęstość prądu nasycenia zależy od temperatury katody i wyraża się wzorem Richardsona:
jn = B T2 exp (-A/kT)
gdzie:
B - stała
T - temperatura katody w kelwinach
A - praca wyjścia elektronu z katody
k - stała Boltzmanna
Po uwzględnieniu prawa Richardsona otrzymamy:
In = S B T2 exp (-A/kT)
W oparciu o prawo Richardsona można wyznaczyć pracę wyjścia elektronu. Zakładając, że znamy dwie wartości prądu nasycenia termoemisji I1 i I2 oraz odpowiadające tym prądom temperatury T1 i T2 możemy napisać:
I1 = S B1 T12 exp (-A/kT) ,
I2 = S B1 T22 exp (-A/kT) .
Dzielimy te równania stronami i logarytmujemy:
ln (I1/I2) = 2 ln (T1/T2) - (A/k) (1/T1 - 1/T2)
skąd
Do pomiaru pracy wyjścia wykorzystuje się diodę lampową z katodą wolframową ponieważ charakterystyka prądowo-napięciowa tej lampy wykazuje wyraźne nasycenie prądu anodowego. Aby z wyrażenia wyznaczyć pracę wyjścia elektronu należy znać dwie wartości natężenia prądu nasycenia I1oraz I2 przy tym samym napięciu anodowym oraz temperaturach żarzenia katody równych T1 i T2. W związku z tym należy sporządzić dwie charakterystyki prądowo-napięciowe lampy przy danych temperaturach żarzenia katody.
Jak widać z rysunku każdej temprtaturze katody odpowiada inne natężenie prądu nasycenia. Im wyższa jest temperatura katody, tym większe jest natężenie prądu nasycenia. Z uzyskanych charakterystyk wyznacza się wartość prądu nasycenia odpowiadające różnym temperaturą katody, ale tej samej wartości napięcia anodowego (na rysunku wartości natężenia prądów odpowiadają odcinkom
,
). Temperaturę żarzenia katody można znaleźć wykorzystując zależność oporu katody od temperatury:
RT = R0 (1+ aDT)
gdzie
opór w temperaturze T
- opór w temperaturze
temperaturowy współczynnik oporu (dla wolframu
)
skąd
przy czym
.
Opór
z dostateczną dokładnością można wyznaczyć z prawa Ohma:
gdzie
prąd żarzenia
napięcie żarzenia
TABELKA
|
IŻ = 2.91 A |
IŻ = 2.7 A |
IŻ = |
IŻ = |
||||
LP |
UŻ = 18 V |
UŻ = 16 V |
UŻ = |
UŻ = |
||||
|
Ua [V] |
Ia [A] |
Ua [V] |
Ia [A] |
Ua [V] |
Ia [A] |
Ua [V] |
Ia [A] |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
NUMER POMIARU |
|
|
|
|
|
1 |
4,6 |
0,618 |
2294,89 |
0,013 |
47,10 |
2 |
1,79 |
0,592 |
2200,69 |
0,012 |
43,47 |
3 |
1,02 |
0,577 |
2146,34 |
0,012 |
43,47 |
4 |
2,91 |
0,600 |
2229,68 |
0,014 |
50,72 |
NUMER POMIARU |
|
|
|
3,972 |
2,56 |
|
3,920 |
1,789 |
|
2,706 |
2,91 |
|
3,863 |
3,69 |
|
6,700 |
14,88 |
|
13,078 |
3,186 |
|
6,84 |
5,80 |
a) Wartość prądu nasycenia
odczytane zostały dla wartości napięcia anodowego
;
b) Obliczeni rezystancji katody w twmperaturze T dla kolejnych prądów żarzenia zostały obliczone ze wzoru
1.
2.
3.
4.
Ze wzoru
gdzie
, obliczamy kolejno temperaturę katody.
1.
2.
3.
4.
Obliczenia pracy wyjścia termoelektronu
dla każdej
pary prądu nasycenia kolejno obliczamy
Analiza błędów
b)
błędy temperatury katody
Jedynie
jest obarczone błędem
1.
2.
3.
4.
c) Błąd pracy wyjścia