3763 ВАКУУМНАЯ И ПЛАЗМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Лабораторная работа № 1

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВАКУУМНОМ

ДИОДЕ

 

1. Цель и содержание работы

 

Ознакомиться с физическими процессами, происходящими в диоде, его характеристиками и параметрами.

В работе исследуется диод в режимах пространственного заряда и насыщения, снимаются характеристики и определяются параметры.

 

2. Задание для подготовки к работе

 

1. Ознакомиться с принципом работы диода [1-3].

2. Выписать из справочника основные электрические данные исследуемой лампы [4].

3. Зарисовать схему исследования диода (рис.6).

4. По справочным данным лампы выбрать пределы измерительных приборов.

 

3. Общие сведения

 

Диод — вакуумная лампа с двумя электродами: катодом К и анодом А (рис. 1).

 

А

 

 

 

 

К

 

 

 

Рис. 1. Условное изображение

диода

Ia

Ia нас

 

 

I            II                      III

 

 

 

 

0                  Ua нас Ua

Рис. 2. Анодная характеристика диода

 

 

В диоде, как и во всех электронных приборах, принято считать потенциал катода равным нулю (UK = 0) и от этого значения отсчитывать потенциалы всех других электродов. При нагреве катода током накала Iн возникает термоэлектронная эмиссия.

Если анодное напряжение Ua положительно, то электроны, вылетевшие из катода, движутся к аноду. При этом появляется ток анода Iа , направленный во внешней цепи от катода к аноду. Если анодное напряжение отрицательно, то электроны, вылетевшие из катода, попадают в тормозящее поле и возвращаются на катод. Ток во внешней цепи равен нулю. Таким образом, внутри диода ток может протекать только в одном направлении – от анода к катоду, когда потенциал анода выше потенциала катода. Эта способность диода характеризует его как униполярный прибор, то есть лампу, проводящую ток только в одном направлении.

Величина анодного тока, определяемая числом электронов, достигающих анода, зависит как от тока эмиссии Ie, так и от анодного напряжения Ua. При увеличении тока эмиссии возрастает число электронов, покидающих катод и участвующих в движении к аноду, а следовательно, увеличивается и анодный ток.

 

Основной характеристикой диода является зависимость анодного тока  Iа от анодного напряжения Ua. Эта зависимость называется анодной характеристикой. Различают три области характеристики диода (см.рис. 2) и соответствующие им режимы работы [1, 2, 3].

 

  1. Область начального тока, соответствующая небольшим отрицательным анодным напряжениям. Здесь анодный ток составляют те электроны, которые за счет своей начальной энергии способны преодолеть тормозящее поле анода. Движение электронов к аноду происходит только за счет нормальной составляющей скорости u0, а долететь до анода могут лишь те электроны, у которых . Этот режим работы лампы называется режимом тормозящего поля, ему соответствует кривая 1 распределения потенциала между электродами, показанная на рис. 3.

 

II. Область пространственного заряда. На этом участке анодный ток составляют электроны, которые при наличии начальной скорости u0 могут преодолеть минимум потенциала Um , возникающий за счет пространственного заряда. Электроны, у которых , не доходя до минимума потенциала, возвращаются обратно на катод и в токопрохождении не участвуют. В этом режиме, называемом режимом пространственного   заряда,   анодный  ток  меньше  тока  эмиссии,  т.е. Ia = Ik < Ie , он ограничивается пространственным зарядом.