Dioda - termoemisja elektronowa - ćwiczenie

wiczenie 10 ”Dioda prniowa”
Temat: Zjawisko termoemisji elektronowej
Cel: Pomiar charakterystyk I-U prdu anodowego i wyznaczanie temperatury katody
Przyrzdy: Zasilacz prdu arzenia, zasilacz napicia anodowego, amperomierz do kontroli prdu arzenia, mikroamperomierz do pomiaru natenia prdu anodowego, dzielnik napi, woltomierz, dioda prniowa.
I. Metoda pomiaru
Pierwszy etap rozwoju elektroniki moliwy by dziki wynalazkowi prniowych lamp elektronowych. Byy to aktywne elementy ukadw elektronicznych, w ktrych przepyw prdu elektrycznego zachodzi wskutek ruchu elektronw w prni od gorcej katody do chodnej anody. Natenie tego prdu byo sterowane polem elektrycznym wytwarzanym przez dodatkowe elektrody, nazywane siatkami, znajdujcymi si pomidzy katod ianod. Ruch ujemnie naadowanych elektronw od katody do anody oznacza zgodnie z przyjt konwencj przepyw prdu elektrycznego od anody do katody. Poniewa tylko rozarzona katoda emituje elektrony, to przepyw prdu w przeciwnym kierunku jest niemoliwy.
Wikszo lamp elektronowych zbudowana jest z prniowej baki szklanej, wzdu osi ktrej rozciga si drut oporowy nazywany grzejnikiem katody. Katod jest walec o maej rednicy otaczajcy grzejnik. Przez grzejnik przepywa tzw. prd arzenia, ktry powoduje rozgrzanie grzejnika i podgrzanie katody do temperatury ponad 1300 K. Anoda jest walcem o rednicy niewiele mniejszej od rednicy lampy. Elektrony emitowane przez gorc, zewntrzn powierzchni katody mog dotrze do anody. Jeli anoda ma potencja wyszy od katody, to pole elektryczne pomidzy katod i anod dziaa na elektrony si skierowan w kierunku od katody do anody uatwiajc przenoszenie adunku pomidzy elektrodami, czyli uatwia przepyw prdu od anody do katody. Przy wzrocie rnicy potencjaw natenie prdu bdzie wzrasta do wartoci ograniczonej nateniem emisji elektronw z powierzchni katody.
Jeli anoda ma potencja niszy ni katoda, to na elektrony dziaa sia w przeciwnym kierunku. Jeli rnica potencjau wynosi kilka wolt lub wicej, to elektrony emitowane z katody s zmuszone do powrotu do katody i przepyw prdu pomidzy anod i katod jest niemoliwy. Jeli rnica potencjau jest rzdu uamka wolta, to siy hamujce ruch elektronw od katody do anody zawracaj tylko cz elektronw emitowanych zkatody, natomiast elektrony o odpowiednio duej energii kinetycznej nie zostan zawrcone. Wynikiem tego jest przepyw prdu od anody do katody, ktrego natenie bdzie wykadniczo male przy wzrocie rnicy potencjaw zgodnie ze wzorem
, (1)
gdzie I0 jest nateniem prdu przy zerowym napiciu pomidzy katod i anod, e - adunkiem elementarnym, k - sta Boltzmanna, T - temperatur katody, a U - napiciem pomidzy katod i anod.
Rys.1. Przykadowa zaleno natenia prdu anodowego od napicia katoda-anoda. Z prawej strony powikszenie obrazu przy maych napiciach.
Stosujc ukad pomiarowy przedstawiony na rysunku 2 mona wykona pomiary charakterystyk, czyli zalenoci natenia prdu anodowego diody od napicia pomidzy katod i anod. Zmieniajc podczenie zasilacza do dzielnika napi mona przeprowadzi pomiary charakterystyki przy zaporowym napiciu. ... zobacz całą notatkę