Учебное пособие: Фізичні основи електроніки

Якщо розрядну трубку з двома електродами, наповнену газом, ввімкнути в електричне коло з джерелом високої напруги GB1 і баластним резистором R1, який дає можливість регулювати струм у колі (рис. 1.1), то залежно від величини струму через газовий проміжок в ньому виникнуть різні види електричного розряду, які відрізняються фізичними процесами в об’ємі газу і на електродах, характером свічення і величиною спаду напруги U_a між електродами.

На рис. 1.2 приведена типова залежність спаду напруги на газорозрядній лампі від величини струму, яка називається вольт-амперною характеристикою газового розряду. Ділянка 0а відповідає несамостійному темному розряду, а ділянка ab – самостійному темному розряду.

Вертикальна ділянка cd, відповідає нормальному тліючому розряду. При подальшому збільшенню струму в трубці спостерігається аномальний тліючий розряд (ділянка de). При струмах від одиниць до сотень і тисяч ампер виникає дуговий розряд (ділянка fg). Ділянки bcі ef відповідають нестійким перехідним розрядам – від темного до тліючого і від аномального тліючого до дугового.

Завдання до лабораторної роботи

1. Зібрати схему, зображену на рис. 1.1.

2. Дослідити ВАХ неонової лампи.

3. Побудувати ВАХ і визначити:

а) потенціал U₃ і струм запалювання розряду (І₃ =І_а );

б) напругу горіння U_Г та діапазон струмів тліючого розряду при цьому;

в) вказати ділянки самостійного та несамостійного розрядів;

г) для кожної ділянки ВАХ визначити величини диференціальних опорів:

.

Рис. 1.2 Вольт-амперна характеристика електричного розряду у газі

4. Оцінити похибку вимірювань та зробити висновки

Література

[1]. c. 370-400. [2]. c. 322-339. [3]. c. 185-215.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2

Вивчення термоелектронної емісії

Мета роботи: експериментальна перевірка формули Річардсона-Дешмана, закону 3/2 та визначення термоелектронної роботи виходу.

Необхідні прилади і матеріали: джерело постійної напруги (0÷5 В; 0÷100 В), вольтметри постійного струму (1 В; 100 В); омметр; електровакуумні діоди з катодами прямого розжарення.

Теоретичні питання знання, яких необхідне для виконання лабораторної роботи:

1. Потенціальний бар’єр на границі твердого тіла.

2. Явище термоелектронної емісії (ТЕ). ТЕ металів та напівпровідників.

3. Вплив зовнішнього електричного поля на ТЕ металів.

4. ТЕ при наявності на поверхні металу моноатомного шару адсорбованої речовини.

5. Оксидний катод.

Основні теоретичні відомості та методика експерименту

Емісію електронів, яка виникає в результаті нагріву тіл, називають термоелектронною емісією. Явище ТЕ широко використовують у вакуумних і газонаповнених приладах. Кількісні та якісні співвідношення, які визначають струм емісії I_S від параметрів матеріалу катоду і його температури Т, задаються формулою Річардсона-Дешмана:

, (2.1)

де константа є універсальною і не залежить від роду емітера; – робота, яку необхідно виконати для переводу електрона з будь-якого енергетичного рівня на рівень вакууму; – енергія Фермі; D – середній коефіцієнт прозорості потенціального бар’єру (як правило D≈1); S – ефективна площа катода.

Замінивши в рівнянні (2.1) різницю ефективною роботою виходу, яка є параметром даного матеріалу і визначає його термоемісійні властивості рівняння Річардсона-Дешмана можна записати у більш поширеному вигляді:

, (2.2)

де Ф – термоелектронна робота виходу.