Главная | Обратная связь

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Результаты представить в виде графиков анодных и анодно-сеточных характеристик.

2. По построенным характеристикам определить параметры триода и пентода . Если все три параметра лампы найдены в одной и той же точке характеристик лампы, то предоставляется проверить внутреннее уравнение лампы.

3. Произвести графоаналитический расчет усилительного резистивного каскада на триоде с автоматическим смещением.

Параметры усилительного каскада:

- коэффициент усиления К = 20,

- амплитуда входного сигнала .

В результате расчета определить сопротивление нагрузки , величину напряжения сеточного смещения, напряжение источника анодного напряжения катодное сопротивление для автоматического смещения , мощность, потребляемую от анодного источника.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие межэлектродные емкости имеются в триоде и каковоихвредное влияние на работу триода?

2. Почему обычно триоды и пентоды работают в области левых анодно-сеточных характеристик?

3. Что такое автоматическое смещение и как оно рассчитывается?

4. Каким образом в пентоде получено значительное уменьшение проходной емкости по сравнению с триодом?

5. Почему при расчете полезной мощности в формуле(4) присутствует коэффициент0.5, а в формуле (5) для мощности, подводимой от источника питания, егонет?

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат. 1974, 1989.

2. Дулин В.Н. Электронные приборы, М.: Энергия. 1977.

3. Электронные приборы/ Под ред. Г.Г.Шишкина. М.: Энергоатомиздат. 1989.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N2

ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ ЗОНДОВЫМ МЕТОДОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Знакомство с зондовым методом определения параметров плазмы и определение основных параметров газоразрядной плазмы.

 

ВВЕДЕНИЕ

Плазмой называется высокоионизованный газ, содержащий в единице объема равное число положительных зарядов. Для однократно ионизованных газов концентрация ионов равна концентрации электронов: .

Возможны три вида плазмы.

1. Ионизация происходит в основном при соударениях ускоренных внешним полем электронов с нейтральными частицами. Такая плазма называется газоразрядной.

2. Газ находится при температуре, достаточно высокой для усиленной термической ионизации. Он ионизируется вследствие соударений между собой частиц газа, имеющих достаточно большую скорость. Если при этом средние энергии каждой компоненты плазмы (электронов, ионов, нейтральных частиц) одинаковы, т.е. все они обладают одной и той же температурой, то плазму называют изотермической.

3. Ионизация нейтральных частиц газа совершается в основном при поглощенииими световых квантов (плазма ионосферных слоев)

Считается, что электроны и ионы в плазме имеют максвелловское распределение по скоростям. Однако газоразрядная плазма при максвелловском распределении имеет разные температуры ионов и электронов . Температура ионов близка к температуре газа. Температура же электронов намного выше. Это объясняется тем, что нагрев плазмы электрическим полем происходит в основном через электроны, ане через ионы. Ускоренные внешним электрическим полем, электроны при соударениях с нейтральными атомами и ионами отдают последним лишь ничтожную часть своей энергии. Большая же часть полученной от поля энергии остается у электрона. Поэтому средняя кинетическая энергия электронов может во много раз превышать энергии нейтральных частиц и ионов.

Средней кинетической энергии электронов в плазме сопоставляют температуру , определяемую из равенства

,

где - средний квадрат скорости теплового движения электронов. Поэтому температура электронной компоненты может быть намного выше ионной . Температура близка к температуре нейтральной компоненты, т.е. газа.

При увеличении давления газа тепловой обмен между электронами и газовыми молекулами улучшается в результате увеличения числа соударений между ними. Температура падаети,одновременно увеличивается.

Основными параметрами плазмы являются , , степень ионизации , а также электронная плазменная частота w_P= и дебаевский радиус экранирования l_D= .

Электронная плазменная частота – это характеристическая частота плазмы. Как только газ электронов незначительно смещается по отношению к газу ионов, газ электронов начинает колебаться с данной характеристической частотой под действием возвращающей кулоновской силы. Величина плазменной частоты в ионосфере имеет особо важное значение для радиопередач. Электромагнитная волна может распространяться через плазму только в том случае, если частота волны больше плазменной частоты. Это объясняет распространение радиосигналов коротковолнового диапазона «за линию горизонта»: частота радиоволны меньше w_P и она отражается от ионосферы.

Дебаевский радиус представляет собой максимальное значение пространственного разделения зарядов, которое может достигаться при тепловом движении частиц. Можно показать, что дебаевский радиус экранирования равняется расстоянию, на котором плазма экранирует себя от локального избытка заряда – потенциал от локального избытка заряда будет меньше в 1/e раз на расстоянии l_D.

Определение этих параметров в лабораторной работе осуществляется по зондовым характеристикам, получаемых с помощью одиночного зонда Ленгмюра. Схема измерений показана нарис.1.

Зонд помещается в исследуемое место плазмы. Каждая точка плазмы имеет свой потенциал относительно анода. На зонд подается отрицательный по отношению к аноду потенциал и измеряется ток в цепи зонда.

 

По результатам измерений строится вольтамперная характеристика зонда, которая имеет вид, показанный на рис 2.

Можно считать, что электроны и ионы имеют максвелловское распределение по скоростям. Тогда полныйток на зонд, равный разности электронного и ионного, токов будет

, 1)

где S -площадь поверхности зонда.

При подаче на зонд отрицательного по отношению к плазме потенциала из плазмы на зонд течет ток, состоящий из электронов и ионов. Вто время, как ионы будут ускоряться в призондовом слое, электроны будут тормозиться отрицательным полем призондового слоя. Вблизи поверхности зонда, поэтому образуется слой положительного заряда.

Поверхности зонда будет достигать только очень небольшое число наиболее быстрых электронов максвелловского распределения. В этом случае ток на зонд равен ионному току и отрицательный. Такой режим соответствует участку AB зондовой характеристики рис.2.

При уменьшении отрицательного потенциала зонда быстрые электроны начинают попадать на него во все большем и большем количестве, и электронный ток увеличивается. Когда электронный ток становится соизмеримым с ионным током, вольтамперная характеристика начинает изгибаться кверху. В точке K электронный ток на зонд равен ионному и общий ток равен нули.

На участке КС электронный ток преобладает над ионным, и общий ток имеет направление, обратное прежнему. Отрицательный по отношении к плазме потенциал зонда все еще приводит к наличию в призондовом слое поля, тормозящего движение электронов. Концентрация электронов в этом слое меньше их концентрации в невозмущенной плазме, а электронный ток больше ионного вследствие большей скорости электронов. При максвелловском распределении электронов по энергиям,согласнотеореме Больцмана, концентрация электронов в этом слое вблизи поверхности зонда определяется соотношением ,

где ,

- потенциал зонда относительно анода,

- потенциал невозмущенной плазмы относительно анода.

На участке КС электронный ток намного больше ионного. Подставляя (2) в (1) и пренебрегая ионным током, получаем ток на участке КС :

(3)

Средняя скорость электронов определится соотношением

(4)

На участке CD призондовый слой перестает быть задерживающим и соотношение (3) не выполняется. В точке C загиба характеристики и ток зонда равен

(5)

Логарифмируя формулу (3), получаем логарифмическую характе­ристику электронного тока на зонд на участке КС:

(6)

Зависимость представляется прямой линией с тангенсом угла наклона к оси абсцисс, равным . Из графика вычисляется электронная температура по углу наклона.

Метод зондовых характеристик позволяет проверить по ходу логарифмической характеристики электронного тока на зонд, существует ли в условиях данного опыта максвелловское распределение электронов по энергиям в плазме.

Определив , вычисляется скорость электронов из выражения (4) и концентрация электронов в невозмущённой плазме, используя соотношение (5).

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Источником газоразрядной плазмы является разряд в тиратроне с подогревным катодом типа Т3-0,1/1,3.

В качестве зонда используется сетка тиратрона. Регулировка потенциала, подаваемого на сетку (зонд), осуществляется резистором R .