Описание установки и методики измерений

Все элементы установки смонтированы в одном блоке, изображенном на Рис. 3. Цифрами на этом рисунке обозначены:

1. 

   Рис. 3

   Измерительный модуль

2. Каркас

3. Коробка для принадлежностей

4. Мультиметр М830В

5. Блок питания.

Все элементы измерительного модуля расположены на одной панели, где также изображены и схемы соединений (см. Рис. 4). Электронная лампа – диод прямого накала 1Ц11П видна в окне в верхней части панели. Элементы управления, размещенные на панели, имеют следующее назначение.

Тумблер "100 В/–2 В" - переключатель диапазонов анодного напряжения, приложенного между контактами «U_A» и «Общ». При верхнем положении рукоятки тумблера это напряжение является ускоряющим и регулируется в пределах от 0 до +100 В. При нижнем положении рукоятки это напряжение является задерживающим ("–" подключен к аноду, "+" - к катоду лампы) и регулируется в пределах от 0 до -2В. Регулятор анодного напряжения - резистор R_l.

Рис. 4

Тумблер "ИМП/ПОСТ" на три положения - переключатель режимов питания нити накала (катода прямого накала). При верхнем положении рукоятки тумблера напряжение накала - импульсное с частотой около 1 кГц, при нижнем положении - постоянное +1,2 В, при среднем положении рукоятки питание накала отключено. Полярность относительно контакта "ОБЩ" - положительная. Регулятор тока накала - резистор R2, включенный последовательно в цепь катода и обозначенный на па­нели знаком « ». Среднее значение тока накала измеряется стрелочным прибором с пределом шкалы 200 мА. Более точно ток накала определяется по падению напряжения на эталонном резисторе R_Q = 20 Ом, включенном последовательно в цепь катода.

Гнезда "ОБЩ" и "+12В" предназначены для подключения к внешнему источнику постоянного, выпрямленного или переменного напряжения 12-15 В. При неверной полярности источника прибор не работает, но и не выходит из строя. Через 7-контактный разъем (поз.2) прибор подключается к сетевому блоку питания.

Измерение ускоряющего (задерживающего) напряжения

На Рис. 5 показано подключение источника питания накала ИПН и источника анодного напряжения ИПА. Расположение контактов 0...7 примерно соответствует их расположению на панели прибора. Напряжение ИПА приложено между линией "ОБЩ" (контакт "0") и контактом "6", однако оно не равно ускоряющему или задерживающему напряжению между анодом и катодом лампы. Отличия обусловлены следующими причинами.

1. Напряжение накала смещает потенциал катода на уровень ₃ относительно уровня линии "ОБЩ", который принят за начало отсчета потенциала. Для исключения этого смещения нужно измерять ускоряю­щее напряжение между контактами "3" и "6" (показано пунктиром).

2. Падение напряжения на анодном сопротивлении дает погрешность Ua = I_aR_a. Эта величина легко вычисляется и учитывается при определении ускоряющего напряжения.

3. Падение напряжения на нити накала U_нити = ₂ – ₁ порядка 1-3 В приводит к тому, что для электронов, вылетевших из разных участков нити, ускоряющие (задерживающие) напряжения различны. При измерениях с большими ускоряющими напря­жениями (десятки или сотни вольт) этой величиной можно пренебречь, что мы и сделаем при определении работы выхода электронов. Однако при изучении начальных участков вольтамперной характеристики с ускоряющими напряжениями в единицы или доли вольта, это явление полностью "замазывает" интересующий нас результат. В этом случае применяется им­пульсное питание нити накала.

Принцип импульсного питания состоит в том, что напряжение ₃, вырабатываемое ИПН имеет форму прямоугольных импульсов частотой около 1 кГц. Период колебаний Т разбит на два интервала длитель­ностью t_– и t₊. В течение времени t₊ напряжение ₃ создает ток нагрева катода, при этом ₃>₄ и диод заперт, анодный ток равен нулю. В течение времени t_ напряжение на выходе ИПН и ток накала равны нулю. Потенциал всех точек катода при этом равен нулю, а ускоряющее напряжение точно равно ₄ и определяет анодный ток. В данной работе мы не будем применять импульсное питание.