2.1. Описание схемы эксперимента

В лабораторной работе для определения удельного заряда электрона с помощью электровакуумного диода используется универсальный лабораторный стенд, который является источником стабилизированного напряжения и обеспечивает выход постоянного напряжения «+15В» и «+5В» при токе до 300мА, а также является источником переменного напряжения, обеспечивающим выход «6,3 В».

Электрическая схема, необходимая для эксперимента, смонтирована на экспериментальной плате.

Для определения удельного заряда электрона с помощью вакуумного диода используется сменная плата, на которой смонтированы электрические элементы исследуемой цепи.

Принципиальная электрическая схема приведена на рисунке 4.

На сменной плате расположена радиолампа, которая является вакуумным диодом. Его параметры (расстояние между электродами и площадь электродов) указаны на обратной стороне платы. Также на плате расположены измерительное сопротивление и потенциометр, с помощью которого регулируется величина напряжения в схеме.

Анодное напряжение снимается с эмиттера транзистора Т, установленного на сменной плате.

Принцип работы транзистора Т в данной схеме можно понять из решения уравнений Кирхгофа. Из второго закона Кирхгофа следует, что напряжение на средней точке переменного сопротивления , которое обозначим, должно равняться сумме напряжений между базой и эмиттером транзистора Т и напряжением на аноде лампы, которые обозначаютсяисоответственно:

. (11)

Переход база-эмиттер транзистора достаточно хорошо описывается с помощью закона Ома:

, (12)

где – сопротивление базы,– ток базы.

Для простоты рассуждений заменим лампу эквивалентным сопротивлением , где– ток анода лампы.

Тогда имеем: . (16)

Подставив (12) и (13) в (11), получим:

. (14)

Ток эмиттера транзистора примерно равныйудовлетворяет соотношению:при1. Тогда напряжение на базе:

. (15)

Для транзистора, приведенного в схеме: 10 Ом,30. Для используемого вакуумного диода>100 Ом. Подставив эти предельные значения, можно сказать, что<<, а значит:

. (16)

Таким образом, изменяя положение движка потенциометра, можно изменять напряжение на аноде лампы.

На сменной плате имеется еще ряд гнезд «3», «4», «5», облегчающих монтаж нужных схем измерения.

3. Проведение эксперимента

Определение удельного заряда электрона при помощи вакуумного диода осуществляется при использовании электрической схемы, приведенной на рисунке 4. Для выполнения необходимых измерений необходимо установить сменную плату в универсальный лабораторный стенд и при помощи соединительный проводов и гнезд «3», «4», «5» подсоединить к схеме вольтметр. Включив приборы в сеть, дать им прогреться несколько минут.

Измерение анодного напряжения выполняется с помощью вольтметра. Для измерения напряжения вольтметр подключается между точками «3» и «5».

Анодный ток в цепи лампы определяется по падению напряжения на измерительном сопротивлении, которое снимают с точек «4» и «5». Величина анодного тока в цепи вычисляется делением напряжения на измерительном сопротивлении на величину сопротивления. Величина сопротивления указана на сменной плате.

Напряжение между анодом и катодом вычисляется как разность между напряжением на аноде и напряжением на измерительном сопротивлении, т.е. .

Измерение сопротивления выполняется омметром. Падение напряжения на сопротивлении измеряется вольтметром. Для измерениянеобходимо отключить питание стенда и при помощи соединительных проводов подключить омметр к точкам «4» и «5». Измерение напряжения наосуществляется при подключении вольтметра к этим же точкам.