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 I_n odpowiada całkowitemu strumieniowi elektronów emitowanych z katody, jest więc iloczynem gęstości j_n prądu emisyjnego i czynnej powierzchni
katody:

I_n = j_n 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:

j_n = 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:

I_n = 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 T_2. 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:

R_T = 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