Экспериментальная установка
В работе используется вакуумный диод (кенотрон В 4-200) с вольфрамовым катодом, для которого на вольтамперной характеристике наблюдается явно выраженный участок насыщения. Максимальное анодное напряжение кенотрона равно 500 В, максимальный ток 200 мА, максимальная мощность рассеивания на аноде 50 Вт. Анодное напряжение и напряжение накала подается на кенотрон от универсального источника питания УИП-2, который позволяет регулировать постоянное напряжение на аноде в диапазоне от 10 до 300 В с плавным перекрытием переключаемых поддиапазонов при токе нагрузки до 250 мА. Напряжение накала переменное и равно 12,6 В с предельным током нагрузки до 3,0 А.
Соотношение радиусов анода и катода для этого кенотрона таково, что значение величины b2 можно считать равным единице.
Схема экспериментальной установки показана на рис. 34.5.
Регулировка анодного напряжения производится при помощи переключателя 1 и регулятора 2 на передней панели УИП-2. Переключатель 1 должен быть первоначально установлен для диапазона 20 – 70 В. При этом анодное напряжение можно плавно изменять от 10 до 70 В при помощи регулятора 2. Сняв необходимые показания в этом диапазоне, уменьшают выходное напряжение до минимума, а переключатель 1 переводят в диапазон 70 – 140 В. Регулятором 2 устанавливают напряжение, на котором было прервано снятие показаний, и продолжают снимать вольтамперную характеристику. Указанную процедуру продолжают до получения насыщения.
Нужный ток накала диода устанавливают реостатом R и контролируют по амперметру АН.
 |
Рис. 34.5.
Порядок выполнения работы:
Собрать электрическую схему установки.
Установить ток накала кенотрона IН=3,0 А. Снять вольтамперную характеристику диода, изменяя анодное напряжение от 10 до 200 В и записывая значения анодного тока через 5 В.
Снять вольтамперные характеристики диода при токах накала
IН = 2,9A и IН = 2,8А. Анодное напряжение при снятии этих характеристик изменять от 10 до 200 В через 10 В.
В ходе измерений нужно следить, чтобы IН оставался постоянным. (Непостоянство тока накала обусловлено увеличением сопротивления нити накала при ее нагревании, а также небольшими скачками напряжения источника питания накала.)
Полученные данные записать в рабочую тетрадь в виде таблиц.
Содержание отчета
1. Графики вольтамперных характеристик диода для трех вышеуказанных токов накала.
2. График зависимости IА= f(UА3/2) для вольтамперной характеристики, измеренной при IН = 3,0 А.
3. По графику зависимости IА =f (UA3|2) определить линейную часть этой зависимости и найти значения анодного напряжения, соответствующие начальной и конечной части линейного участка. В этом диапазоне выполняется «закон трех вторых». Найти по графику тангенс угла наклона линейной части.
4. Обработать экспериментальные точки, лежащие на линейной части графика, указанного в п. 3, по методу наименьших квадратов и определить тангенс угла наклона прямолинейного участка графика и его доверительные границы.
5. По найденному значению tg j и формуле (34.4) найти величину удельного заряда электрона и вычислить его доверительные границы, исходя из доверительных границ tg j .
Примечание
При расчете использовать следующие размеры анода кенотрона и значение электрической постоянной: rА = 0,525 см, lА=1,400 см, eо = 8,85.10-12 Ф/м.
Контрольные вопросы
1. Почему закон Ома несправедлив для тока в вакуумном диоде?
2. Какова физическая природа отклонения вольтамперной характеристики диода от «закона трех вторых»?