 |
Задание к работе в лаборатории и указания по ее выполнению
|
|
|
|
1.Снять градуировочную кривую ПМТ-2, используя дозировальное устройство.
2. Повторно снять градуировочную кривую и сравнить полученные результаты.
Последовательность проведения измерений
- Откачать вакуумную систему, включая дозировальное устройство, до давления не выше ~10-4 мм. рт. ст., в чем убедиться с помощью компрессионного манометра;
- Поставить выключатель питающей сети (1) на панели вакуумметра в верхнее положение, при этом должна загореться сигнальная лампа (2);
- Поставить выключатель термопарной части вакуумметра (3) в верхнее положение по стрелке.
- Установить рабочий (номинальный) ток накала преобразователя ПМТ-2. Для этого следует:
1) поставить переключатель «Ток накала» - «Измерение» (4) в положение «Измерение» и реостатом «Регулировка тока накала» (5) установить стрелку измерительного прибора (Т) на конец верхней шкалы (10 мВ) или на конец средней шкалы (100) делений, если измерительный прибор имеет три шкалы;
2) перевести переключатель «Ток накала» - «Измерение» (4) в положение «Ток накала» и отсчитать по нижней шкале величину тока в мА. Таким образом, для установленного тока накала измеренному компрессионным манометром давлению будет соответствовать термо-ЭДС 10 мВ;
4) закрыть все краны дозировального устройства;
3) с помощью кранов изолировать часть вакуумной системы, к которой присоединен ПМТ-2, от насосов;
4) при помощи дозировального устройства ввести в систему одну дозу атмосферного воздуха. Для этого необходимо поочередно открыть и закрыть краны в последовательности K1… К4;
5) Измерить термо-ЭДС ПМТ-2, переведя переключатель (4) в положение «Измерение»;
6) Если введение одной дозы не привело к заметному уменьшению термо-ЭДС (a), то продолжить введение доз до тех пор, пока не будет достигнуто заметного снижения a;
|
|
|
7) Произвести отсчет a и измерить давление p компрессионным манометром.
8) Повторить пп.6 и 7, вводя новые дозы. При снижении a до 25…30 мВ введение новых доз прекратить;
9) По результатам выполнения пп.6,7 и 8 строится градуировочная кривая в координатах lg p ¸ a. Количество используемых отсчетов должно быть в пределах 7…10.
10) Для повторного снятия градуировочной кривой необходимо повторить измерения в указанной выше последовательности, начиная с 1).
5. Отчет должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, фамилией и группой студента, датой выполнения, фамилией преподавателя.
- Схему лабораторного стенда с указанием расположения манометров.
- Градуировочные кривые, построенные на одном графике.
- Выводы, содержащие критическую оценку полученных результатов.
Вопросы для защиты выполненной работы
- Конструкция и принцип работы термопарного датчика давления
- Параметры термопарного датчика давления
- Сравнительная характеристика термопарного и компрессионного манометров.
Лабораторная работа №3
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКОРОХОЖДЕНИЯ В ВАКУУМНОМ ДИОДЕ
С ТЕРМОКАТОДОМ
I. Цель работы
Изучение закономерностей токопрохождения в двухэлектродной системе с термокатодом при наличии пространственного заряда.
II. Предварительное задание
1. Подготовить ответы на следующие вопросы [2,3]:
- Режимы работы вакуумного диода с термокатодом;
- Вольт-амперная характеристика вакуумного диода (с объяснением);
- Зависимость анодного тока диода от напряжения накала (с объяснением);
- Распределение потенциала в пространстве катод – анод при различных анодных напряжениях и напряжениях накала;
- Отличие реальной вольт-амперной характеристики от теоретической.
2. Для выполнения работы каждый студент должен иметь миллиметровку и все необходимое для построения на ней графиков исследуемых зависимостей.
|
|
|
III. Объекты исследования и измерительное оборудование
Объектами исследования в работе являются вакуумные диод 6Ц19П и триод ГИ12Б, работающий в диодном включении (управляющая сетка соединена с анодом лампы). Лампы имеют оксидные катоды косвенного накала. Информация о конструкции ламп приведена в приложении.
Блок–схема установки показана на рис. 1. Напряжение накала подается от источника накала В н, регулируется автотрансформатором ЛАТР–1 и измеряется вольтметром V 2. Анодное напряжение подается от регулируемого источника постоянного напряжения У1136 и измеряется вольтметром V 1, анодный ток измеряется миллиамперметром мA.
Рис. 1
Подключение источников питания к исследуемым приборам осуществляется переключателем П.
IV. Задание и порядок его выполнения
1. Установить переключатель П в положение, при котором напряжения питания подаются на лампу 6Ц19П.
2. Установить ручкой регулировки напряжения накала номинальное напряжение накала. Для лампы 6Ц19П номинальное напряжение составляет 6,3 В, для лампы ГИ12Б – 12,6 В.
3. Снять и построить график зависимости анодного тока лампы от анодного напряжения. При снятии характеристики не превышать значения анодного тока, равного 100 мА.
4. Снять и построить график зависимости анодного тока лампы от анодного напряжения при напряжении накала на 15% ниже номинального.
5. Уменьшить до нуля анодное напряжение. При помощи переключателя П подключить напряжения питания к лампе ГИ12Б.
6. Измерить и построить ВАХ лампы ГИ12Б, повторив п. 3 - 5. Построение характеристик провести на отдельном графике.
VI. Обработка полученных результатов
1. Рассчитать ВАХ исследованных диодов и нанести результаты расчетов на графики, полученные в пп. 3 – 5. При расчетах воспользоваться сведениями в приложении.
VII. Отчет
Отчет по работе составляется индивидуально каждым студентом и должен содержать следующее:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой студента.
- Схемы включения исследованных диодов с измерительными приборами для различных разделов задания.
|
|
|
- Графики полученных ВАХ с названиями.
- Результаты теоретического расчета ВАХ с необходимыми соотноше- ниями и текстом, поясняющим расчеты.
- Рассчитанные теоретически ВАХ, нанесенные на графиках вместе с экспериментальными.
- Выводы, содержащие сопоставление полученных в работе результатов с ожидаемыми согласно сведениям из литературных источников.
VIII. Приложение
Лампа 6Ц19П имеет цилиндрическую систему электродов. Диаметр катода равен 3,6 мм; диаметр анода 5,0 мм. Длина катода 24 мм.
Лампа ГИ12Б имеет сферическую систему электродов с большим радиусом кривизны, что позволяет при расчетах считать ее плоской. Расстояние сетка – катод 0,1 мм. Площадь катода 10 мм2.
Лабораторная работа № 4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫХ ПРИБОРАХ
I. Цель работы
Изучение закономерностей токораспределения между положительными электродами в электровакуумном приборе и влияния вторичной электронной эмиссии.
II. Предварительное задание
1. Подготовить ответы на следующие вопросы[2, c.156 – 158], [3, с.150 - 154]:
- Коэффициент токопрохождения в триодной и тетродной системах электродов электровакуумного прибора, его зависимость от анодного напряжения (с объяснением).
- Методика проведения эксперимента.
- Вторичная электронная эмиссия, коэффициент вторичной электронной эмиссии, зависимость от энергии первичных электронов.
- Динатронный эффект в тетроде.
2. Для выполнения работы каждый студент должен иметь миллиметровку и все необходимое для построения на ней графиков исследуемых зависимостей.
III. Объекты исследования и измерительное оборудование
Закономерности токопрохождения исследуются путем измерения характеристик электронных ламп типа 6Э5П или 6Э12П, являющихся лучевыми тетродами. Лампы содержат оксидный катод косвенного накала, анод, управляющую и экранирующую сетки. Режимы работы ламп и соединения электродов подбираются таким образом, чтобы исследуемые явления наблюдались наиболее отчетливо.
|
|
|
При измерениях используется триодное и тетродное включение электродов и пониженное напряжение накала (номинальное напряжение накала составляет 6,3 В). При триодном включении экранирующая сетка соединена с анодом. Пониженное напряжение накала необходимо для того, чтобы режим отбора тока с катода соответствовал режиму насыщения, при котором катодный ток не зависит от напряжений на электродах лампы. В этом случае зависимости токов электродов от напряжений определяются исключительно явлениями токораспределения.
Схема включения лампы приведена на рис. 1, расположение измерительных приборов и источников напряжения показано на рис.2. Напряжение накала лампы изменяется регулятором П1 и измеряется вольтметром V н. Напряжение на первую сетку подается от источника В1 и измеряется вольтметром V 1; ток первой сетки измеряется микроамперметром А 1. Подобным образом обеспечивается питание анода и второй сетки.
Рис. 1
Рис.2
С помощью тумблера Т1 можно изменять полярность напряжения на первой сетке. Тумблер Т2 используется для коммутации резистора R при настройке режима работы лампы. Резистор R используется только для ограничения катодного тока лампы при настройке. Измерения должны проводиться при отключенном резисторе, т.е. при нижнем положении Т2.
IV. Задание, порядок выполнения эксперимента и методические указания
1. Исследование характеристик токораспределения между анодом и сеткой в триоде.
- Вывести регуляторы напряжения всех источников питания (кроме напряжения накала U н) в положение, соответствующее минимальным напряжениям. Регулятор U н заранее установлен в положение, которое не следует изменять! Тумблером Т3 соединить вторую сетку с анодом, обеспечив триодный режим работы лампы. Тумблер Т1 переключить в положение, при котором на первую сетку будет подаваться положительное (относительно катода) напряжение. Подавать напряжения на схему можно только с разрешения преподавателя.
- Включить резистор R (перевести тумблер Т1 в верхнее положение). Установить напряжение первой сетки U c1=30 В и анода U а=30 В. Подобрать напряжение накала, близкое к 2 В, при котором катодный ток I к, измеряемый микроамперметром А4, находится в пределах 120…180 мкА. При подборе напряжения накала учитывать большую (1 – 2 мин) инерционность катодно-подогревательного узла, приводящую к замедленной реакции величины I кна изменение U н.После того, как получено стабильное значение катодного тока, выключить резистор, поставив тумблер Т2 в нижнее положение.
|
|
|
- Снять зависимость катодного тока I к и тока соединенных вместе второй сетки и анода от анодного напряжения U а при напряжении первой сетки U c1= +30 В. Напряжение U а изменять в пределах 0…60 В; при этом в диапазоне напряжений U а = (0…5)В измерения проводить с интервалом 0,5…1 В, далее интервал можно увеличить. Графики зависимостей строятся на миллиметровке непосредственно в процессе измерений.
2. Исследование влияния вторичной эмиссии на токораспределение между анодом и второй сеткой.
- Вывести регуляторы напряжения всех источников питания (кроме напряжения накала U н) в положение, соответствующее минимальным напряжениям. Положение регулятора U н не изменять!
- Переключить тумблер Т3, подсоединив сетку С2 к источнику питания В2 и обеспечив тетродный режим работы ламы.
- Снять зависимости I к, I а, I с2 от U а при U с1= +30 В и U с2= +250 В. Анодное напряжение U а изменять в пределах 0…300 В. При этом в диапазонах напряжений 0…20 В и 210…260 В измерения вести с интервалом 5 В, а в остальных областях - через большие интервалы. Графики зависимостей строятся на миллиметровке непосредственно в процессе измерений.
V. Обработка полученных результатов
1. По данным п. 1 разд. IV построить зависимость коэффициента токопрохождения q=I а/ I к от отношения U а/ U с и определить по экспериментальным данным отношение (U а/ U c)гр, соответствующее переходу от режима возврата к режиму перехвата. Для этого следует линейно экстраполировать крайние части обеих ветвей кривой токораспределения до их пересечения и абсциссу полученной точки пересечения принять за искомую величину.
VI. Отчет
Отчет по работе составляется индивидуально каждым студентом и должен содержать следующее:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой студента.
- Схему включения исследуемого прибора для каждого раздела задания.
- Графики снятых зависимостей с названиями согласно заданию.
- Результаты обработки полученных данных.
- Выводы, содержащие сопоставление полученных в работе результатов с ожидаемыми согласно сведениям из литературных источников.
.
Лабораторная работа № 5
Движение электронов в скрещенных Е - и В - полях
I. Цель работы
Экспериментальная проверка соотношений, вытекающих из уравнения движения электрона в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях.
II. Предварительное задание
1. Используя [4, (7.24)], рассчитать и построить на миллиметровке параболу критического режима для коаксиального диода, диаметр анода которого равен 10 мм, а диаметр катода равен 0,1 мм. Расчет провести для значений В, лежащих в интервале 0... 0,025 Тл.
2. Подготовить ответы на следующие вопросы [5,6]:
- Направление сил, действующих на электрон в скрещенных электрических полях в различных точках его траектории.
- Качественный вид зависимостей анодного тока экспериментального диода от тока электромагнита, построенных на одном графике.
3. Для выполнения работы каждый студент должен иметь миллиметровку и все необходимое для построения на ней графиков исследуемых зависимостей.
III. Объект исследования и измерительное оборудование
Объект исследования - вакуумный прямонакальный коаксиальный диод, находящийся в продольном магнитном поле (рис.1). Диод имеет цилиндрический анод 1 и прямонакальный катод 2. Охранные кольца 4 служат для уменьшения неоднородности электрического поля у торцевых частей анода, создавая эффект бесконечно длинного анода. При включении диода в схему на охранные кольца подается тот же потенциал, что и на цилиндрический анод, а ток измеряется только в цепи анода. Диод помещен между полюсами N и S постоянного электромагнита, создающего равномерное магнитное поле, направленное вдоль оси анода.
Измерения проводятся на установке, блок-схема которой приведена на рис. 2. Источником анодного напряжения является стабилизированный блок питания У1136. Анодное напряжение измеряется вольтметром V 1, анодный ток – миллиамперметром мА1. Напряжение накала подается от регулируемого источника H и измеряется вольтметром V 2. Магнитное поле создается электромагнитом, который питается от второго стабилизированного блока У1136. Ток в цепи электромагнита измеряется
Рис. 1
Рис. 
2
миллиамперметром мА2. Величину магнитной индукции в рабочей области диода можно определить по градировочной кривой электромагнита, имеющейся на лабораторном стенде.
IV. Задание, порядок выполнения эксперимента и методические указания
1. Установить ручки регулировки напряжения накала и регулировки напряжения блоков У1136 в крайнее левое положение.
2. Включить блоки питания У1136 (тумблеры “ВКЛ - СЕТЬ” перевести в положение “ВКЛ.”).
3. Включить питание накала и установить регулятор напряжения накала в крайнее правое положение до упора.
4. Установить тумблеры “ВЫХОД - ВКЛ.” блоков У1136 в положение “ВКЛ.”.
5. Измерить зависимость анодного тока I а от тока магнита I м для нескольких значений анодного напряжения U а в диапазоне 35…100 В. Число значений должно быть не менее 8и, интервал изменения – 5В.
Построение графика каждой зависимости необходимо проводить вручную на миллиметровке непосредственно в процессе измерений, поскольку при этом возможно контролировать число экспериментальных точек, требуемых для достоверного определения хода кривых. На падающем участке кривых I а =f(I м ) должно быть не менее 5 - 7 точек.
По окончании измерения зависимости I а =f(I м ) при выбранном U а необхо-
димо в первую очередь уменьшить до нуля анодное напряжение установ-
кой в крайнее левое положение ручки грубой регулировки U a. Затем сле-
дует перейти к снятию характеристик при других значениях U а в соответ-
ствии с рассмотренной выше последовательностью измерений.
V. Обработка полученных результатов
1. По полученным кривым I а =f(I м ) определить токи I м кр, соответствующие режиму отсечки. В качестве значений I м кр принять величины токов, отвечающих средним значениям I мна участке отсечки, как это показано на рис. 3.
2. Определив значения I м кр для различных U a, найти соответствующие значения B кр по градуировочной кривой электромагнита.
3. Нанести на график рассчитанной в п. 1 разд. II параболы критического режима экспериментальные результаты.
4. Проверить наличие квадратичной связи между измеренными значениями U a и B кр. Для этого построить по экспериментальным данным график 
= f (B кp ), который в случае квадратичной зависимости между U a и В кр должен иметь вид прямой, проходящей через начало координат.
VI. Отчет
Отчет по работе составляется индивидуально каждым студентом и должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой студента.
- Чертеж конструкции экспериментального прибора.
- Схему включения экспериментального прибора с измерительными приборами и источниками питания.
- Графики зависимостей I а =f(I м ) при различных U a.
- График параболы критического режима с нанесенными на нее результатами эксперимента.
- Зависимость, построенная в соответствии с п.4 разд. V.
- Выводы, содержащие сопоставление полученных в работе результатов с ожидаемыми согласно сведениям из литературных источников.
Рис. 3
Лабораторная работа № 6
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОГО ПРИБОРА
С МАГНИТНОЙ ФОКУСИРОВКОЙ
I. Цель работы
Изучение основных характеристик и параметров магнитной линзы в электронно-лучевом приборе (ЭЛП).
II. Предварительное задание
Подготовить ответы на следующие вопросы [5]:
1. Короткая магнитная линза, конструкция и распределение магнитного поля;
2. Силы, действующие на электрон, влетающий в магнитную линзу;
3. Конструкция экспериментального электронно-лучевого прибора и формирование изображения на экране;
4. Свойства короткой магнитной линзы.
III. Объект исследования и измерительное оборудование
Исследуемая магнитная линза представляет собой катушку, по которой пропускается ток. Для исследования свойств магнитной линзы используется специальный электронно-лучевой прибор (ЭЛП) (рис.1), содержащий электронно-оптическую систему с магнитной фокусировкой луча: катод (К), модулятор (М), ускоряющий электрод (УЭ) и экран. Катушка располагается с
Рис.1. Конструкция экспериментального ЭЛП
внешней стороны прибора. Внутри цилиндра, выполняющего роль анода, вмонтирована мелкоструктурная сетка. Несфокусированный электронный поток частично задерживается элементами сетки, в результате чего на экране возникает изображение, в котором темные места соответствуют элементам сетки, а яркие - промежуткам между ними. При пропускании тока через катушку изображение поворачивается за счет действия линзы.
Измерения проводятся на лабораторном стенде, содержащем блок с ЭЛП, источники питающих напряжений с выведенными на переднюю панель регулировками, а также приборы для измерений токов и напряжений. Для определения угла поворота можно использовать специальную пленку с угловыми делениями, укрепленную на экране ЭЛП, либо пользоваться простейшими инструментами для измерения углов.
IV. Задание и порядок выполнения эксперимента
1. Подготовить к работе экспериментальную установку:
- включить напряжение накала ЭЛП;
- включить источник напряжения модулятора и установить напряжение в диапазоне -50 ¸ -30 В;
- включить источник тока катушки магнитной линзы;
- включить источник напряжения на ускоряющем электроде и установить напряжение 400 - 450 В;
- включить источник анодного напряжения и установить напряжение U а»1 кВ.
2. Снять и построить зависимость угла поворота изображения сетки на экране от тока катушки магнитной линзы.
Внимание! В процессе измерений во избежание прожигания экрана необходимо не допускать стягивания изображения сетки в точку.
3. Для одного из значений тока катушки, выбранного по указанию преподавателя, снять и построить зависимость угла поворота изображения от анодного напряжения
4. Для одного из значений анодного напряжения, выбранного по указанию преподавателя, определить ток катушки магнитной линзы, обеспечивающий фокусирование электронного потока на экране.
Внимание! Измерения необходимо проводить под наблюдением преподавателя, допуская режим фокусирования лишь в течение короткого времени.
5. Проверить согласование с теорией характера экспериментальной зависимости угла поворота изображения от анодного напряжения.
Указание. По результатам выполнения п.2 построить зависимость угла поворота изображения j от анодного напряжения U а в функциональных координатах j= f (1/Ö U а).
5. Рассчитать ток катушки магнитной линзы, обеспечивающий фокусирование электронного потока на экране, и сравнить результаты расчёта с полученными в п.3.
V. Методические указания
Фокусное расстояние f магнитной линзы определяется соотношением
1/ f = 1/ l 1 + 1/ l 2, (1.1)
где l 1 - расстояние от объекта до плоскости короткой магнитной линзы; l 2 - расстояние от изображения до плоскости короткой магнитной линзы.
Число ампер-витков фокусирующей катушки IN связано с анодным напряжением U a (В), радиусом катушки R (рис.1) и фокусным расстоянием f:
, (1.2)
где для исследуемого ЭЛП R =1,75см, N =2000.
Угол поворота плоскости траектории электрона после прохождения линзы определяется как
, (1.3)
где H - напряжённость магнитного поля на оси фокусирующей катушки при различных координатах z, отсчитываемых от плоскости линзы.
VI. Отчет
Отчет по работе составляется индивидуально каждым студентом и должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой студента.
- Чертеж экспериментального ЭЛП;
- Наименование каждого раздела задания и результаты его выполнения в виде графиков, расчетов и подробных комментариев;
- Выводы, содержащие критическую оценку полученных результатов.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1.Розанов Л.Н. Вакуумная техника. – М.: Высшая школа, 2007.
2.Клейнер Э.Ю. Основы теории электронных ламп. М.: Высшая школа, 1974
3. Воробьев М.Д. Полупроводниковая и вакуумная электроника. М.: Издательский дом МЭИ, 2010.
4.Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т.2., М.: Высшая школа, 1972.
5.Воробьев М.Д. Движение электронов в электрических и магнитных полях. Основы электронной оптики. М., Изд-во МЭИ, 2016.
6.Сушков А.Д. Вакуумная электроника: Физико-технические основы. СПб.: Изд-во «Лань», 2004
|
|
|
