Лабораторная работа № 1 Определение параметров электровакуумного триода по его вольт-амперным характеристикам

Лабораторная работа № 1
Определение параметров электровакуумного триода
по его вольт-амперным характеристикам
Введение
Электровакуумные приборы (ЭВП) являются приборами нелинейными,
поэтому
их
функционирование
описывается
вольт-амперными
характеристиками. По характеристикам определяют численные значения
параметров ЭВП, которые затем используют в расчетах электрических схем с
ЭВП.
Для
получения
вольт-амперной
характеристики
реального
электровакуумного
прибора
собирают
измерительную
установку,
включающую исследуемый прибор, регулируемые источники постоянных
напряжений, вольтметры и амперметры. При снятии характеристики
изменяют напряжение одного из источников и измеряют ток в одной из
цепей, напряжения других источников в это время остаются неизменными.
Результаты измерений заносят в таблицу, затем по данным этой и других
таблиц строят графики вольт-амперных характеристик.
В настоящее время существуют программные средства, позволяющие
снимать
вольт-амперные
характеристики
электровакуумных
и
полупроводниковых приборов, а также исследовать разнообразные схемы с
ними, при этом вместо реальных приборов используются их математические
модели. Одним из таких средств является программа Electronics Workbench.
При работе в этой программе составляют принципиальную схему,
подлежащую исследованию, используя обычные графические обозначения
элементов, в схему включают виртуальные измерительные приборы, задают
типы и параметры элементов и запускают процесс моделирования. Результат
моделирования отображается на экране в виде числовых и графических
данных, таких же, как и при использовании реальных измерительных
приборов.
Целью настоящей лабораторной работы является построение
вольтамперных характеристик электровакуумного прибора и определение по
этим характеристикам его параметров.
При подготовке к лабораторной работе следует изучить разделы
учебника или конспекта лекций по теме работы и подготовить ответы на
контрольные вопросы.
1. Описание лабораторной установки
Схема лабораторной установки для снятия семейства анодно-сеточных
вольтамперных характеристик электровакуумного триода изображена на
рисунке 1, где V1 – электровакуумный триод типа 12АТ7, V2 –
преобразователь анодного тока в напряжение с коэффициентом
преобразования 1 В/А, V3 – источник опорного напряжения 200 В для
аналого-цифрового преобразователя U1. Сигнал на сетку триода (нода 7)
поступает с универсального лабораторного генератора в виде пилообразного
напряжения, режим работы этого генератора должен быть установлен в
соответствии с изображением на рисунке Function Generator. Трехразрядный
цифровой код на вход цифро-аналогового преобразователя поступает с
генератора слова Word Generator, его установка должна соответствовать
изображенной на рисунке. В качестве измерительного прибора в схему
включен двухлучевой осциллограф, на один его канал подано напряжение с
сетки, на второй – сигнал с преобразователя V2 в виде напряжения,
пропорционального току анода. Подогреватель катода и цепь накала триода
не показаны, предполагается, что режим накала – номинальный для данного
прибора и не подлежит вариациям.
Рисунок 1. Схема лабораторной установки для снятия анодно-сеточных
характеристик вакуумного триода и временные диаграммы напряжения на
сетке и тока анода
Анодно-сеточные характеристики в установке по рис. 1 получаются,
если временную развертку осциллографа заменить разверткой одного
сигнала другим, в данном случае нужен режим развертки, обозначенный на
панели осциллографа как В/А. Это изображение нужно рассматривать в
режиме Analysis – Display Graphs (см. рисунок 2). Всего на рисунке
изображено 8 кривых, отстоящих одна от другой на 25 В по анодному
напряжению; верхняя кривая получена при анодном напряжении 175 В,
нижняя – при нулевом анодном напряжении. Напряжение на сетке
изменялось от -13,5 В до +1,8 В.
Рисунок 2. Анодно-сеточные вольт-амперные характеристики
вакуумного триода 12АТ7
Для снятия анодных вольт-амперных характеристик нужно изменить
схему установки, преобразовав ее к виду рис. 3. На этой схеме ступенчато
изменяется напряжение на сетке триода, а напряжение на аноде изменяется
линейно в диапазоне от нуля до 200 В. Установка генератора слова та же, что
и в схеме по рис. 1, однако опорное напряжение для аналого-цифрового
преобразователя составляет +8 В, кроме того, в цепи АЦП – сетка появляется
источник напряжения смещения -6 В, в результате напряжение на сетке
изменяется от -6 В до +1 В ступенями по одному вольту. Осциллограммы
напряжений на сетке и на аноде триода представлены на рисунке 4.
Анодные характеристики триода 12АТ7, получаемые в установке по
схеме рис. 3, изображены на рисунке 5. Как показали результаты
моделирования, при напряжении на аноде менее 140 В и напряжении на
сетке ниже – 3 В ток анода близок к нулю.
Рисунок 3. Установка для снятия анодных вольт-амперных
характеристик триода
Рисунок 4. Осциллограммы напряжений на сетке и на аноде триода в
схеме по рис. 3
Рисунок 5. Анодные характеристики триода 12АТ7
2. Лабораторное задание
Вариант 1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ua В
100 125 150 175 100 125 150 175 100
Uс, В
0 +1 -2 -1
0 +1 -2 -1
0
2.1. На рабочем поле программы Electronics Workbench собрать
установку по рис. 1. Включить осциллограф в режиме периодической
развертки, включить режим моделирования, наблюдать на экране временные
диаграммы напряжения на сетке и тока анода.
2.2. Перевести осциллограф в режим В/А. Наблюдать на экране
семейство анодно-сеточных вольт-амперных характеристик.
2.3. Вывести на экран в режиме Display Graphs семейство анодносеточных вольт-амперных характеристик. Найти на характеристиках точку,
соответствующую варианту задания. Установить один указатель в эту точку,
другой на некотором удалении от найденной точки на той же кривой. По
разностям координат вычислить крутизну характеристики триода в данной
точке:
S  I A / U C при U A  const .
Полученное значение занести в таблицу результатов.
2.4. На рабочем поле программы Electronics Workbench собрать
установку по рис. 3. Включить осциллограф в режиме периодической
развертки, включить режим моделирования, наблюдать на экране временные
диаграммы напряжения на аноде и тока анода.
2.5. Перевести осциллограф в режим В/А. Наблюдать на экране
семейство анодных вольт-амперных характеристик.
2.6. Вывести на экран в режиме Display Graphs семейство анодных
вольт-амперных характеристик. Найти на нем точку, соответствующую
варианту задания. Вычислить по координатам этой точки сопротивление
участка анод – катод лампы постоянному току R0=UA/IA.
2.7. Установить один указатель в эту точку, другой на некотором
удалении от найденной точки на той же кривой. Вычислить внутреннее
сопротивление триода в данной точке:
Ri  U A / I A при UC-const.
Результат записать в таблицу результатов.
2.8. Рассчитать величину коэффициента усиления триода   SRi ,
записать в таблицу результатов.
3. Обработка результатов
Содержание обработки результатов изложено выше. Числовые
результаты должны быть занесены в таблицу результатов:
Величина, размерность
Значение
Напряжение на аноде в рабочей точке Ua, В
Напряжение на сетке в рабочей точке Uc, В
Внутреннее сопротивление Ri, кОм
Сопротивление постоянному току R0, кОм
Крутизна характеристики S, мА/B
Коэффициент усиления 
4. Содержание отчета
Отчет составляется на компъютере в виде Word-файла, он должен
содержать схемы установок, графики вольт-амперных характеристик,
таблицу результатов, выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1.
Что является источником энергии для частиц – носителей энергии в
ЭВП?
2.
Какие средства используются для управления потоком электронов в
ЭВП?
3.
В чем причина односторонней проводимости ЭВП?
4.
Каковы области применения ЭВП в современной технике?
5.
Что является источником электронов в ЭВП?
6.
Что такое уровень Ферми?
7.
От каких факторов зависит работа выхода электрона?
8.
Перечислите виды электронной эмиссии.
9.
От каких факторов зависит эмиссионная способность металлов?
10. Как ускоряющее поле анода влияет на электронную эмиссию?
11. Что такое эмиссионная характеристика катода?
12. Сравните катод прямого накала и катод косвенного накала.
13. Перечислите основные параметры термоэлектронных катодов ЭВП.
14. Что такое эффективность катода? Почему катоды косвенного накала
менее Приведите классификацию термоэлектродных катодов для ЭВП.
15. Опишите устройство и работу оксидного катода.
16. Изобразите схематично устройство электровакуумного триода,
поясните на диаграмме распределение потенциала между анодом и катодом.
17. Перечислите виды статических характеристик электровакуумного
триода, укажите, какая величина от какой зависит и при каком условии.
18. Изобразите семейство анодно-сеточных характеристик триода.
19. Изобразите семейство анодных характеристик триода.
20. Перечислите основные статические параметры триода, укажите связь
между ними.
21. Покажите, как по семейству статических характеристик можно
определить крутизну триода.
22. Покажите, как по семейству статических характеристик можно
определить внутреннее сопротивление триода.
23. Покажите, как по семейству статических характеристик можно
определить коэффициент усиления триода.
6. Литература
6.1. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы – 3 –е изд. – М.:
Связьиздат, 1960.
6.2. Вакуумная и плазменная электроника: конспект лекций./ Сост.
А.С.Тусов. – Рыбинск: РГАТА, 2006.