LR_po_vakkumn_i_plazm_el-nike_2018g


Л А Б О Р А Т О Р Н Ы Е
Р А Б О Т Ы
по дисциплине «Вакуумная и плазменная электроника»
для студентов III курса, обучающихся по направлению «Электроника и наноэлектроника»
Лабораторная работа № 1
ВЫСОКОВАККУМНАЯ УСТАНОВКА И ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ РАБОТЫ НА НЕЙ
1.Цель работы
Целью настоящей работы является ознакомление с основными элементами вакуумной системы и приемами работы на ней.
2. Описание вакуумной системы, ее элементов и методики измерения давления
Рис. 1 Принципиальная схема вакуумной системы:
Вакуумной системой называется совокупность взаимосвязанных приборов, трубопроводов, предназначенных для откачки газа (пара) и для измерения давления. Она является основой частью вакуумной установки, которая кроме вакуумной системы содержит еще машины и устройства, обеспечивающие их действие (двигатель к насосу, измерительные приборы к манометрам и т. д.), а также вспомогательные устройства (печь для нагревания прибора т.п.).
Принципиальная схема вакуумной системы показана на рис. 1.1
М - манометрические преобразователи ПМТ-2, ПМИ-2; Л – ловушки, ДУ – дозировальное устройство; НВВ – насос высокого вакуума; К2, К3, К4, К6; проходные краны; КМ - компрессионный манометр; УБ - уравнительный баллон; К1, К3 трехходовые краны; ПБ - предохранительный баллон; НПР - насос предварительного разрежения.
Система содержит насосы: предварительного разрежения НПР и высокого вакуума НВВ. Между насосами помещается предохранительный баллон (ПБ), служащий для улавливания тумана и брызг масла, которые могут проникнуть из механического насоса в высоковакуумный. Этот же баллон защищает насос предварительного разрежения от попадания в него твердых частиц со стороны вакуумной системы.
Часто устанавливается еще второй баллон большого объема, называемый уравнительным (УБ). Его назначение - уменьшить опасность окисления масла в высоковакуумном насосе при аварийном отключении насоса предварительного разрежения или при внезапном прорыве большого количества газа в систему. Он позволяет также в случае надобности производить в течение некоторого времени откачку системы одним только высоковакуумным насосом при отключенном механическом насосе.
Система содержит также ловушки глубокого охлаждения Л для разреженных паров. Ловушка либо погружается в сосуд с охладителем, а охлаждающий агент помещается в сосуд Дьюара, либо сама служит сосудом для охладителя. В качестве охладителя чаще всего применяется сжиженный азот (точка кипения при атмосферном давлении – минус 196° С. При работе с низкотемпературными охладителями необходимо соблюдать такие же предосторожности, что при обращении с очень горячей жидкостью. В частности, наливать жидкий азот в стеклянный сосуд или погружать в него стеклянную ловушку нужно постепенно.
Все элементы системы соединяются между собой трубопроводом по возможности большого диаметра, причем для разобщения отдельных участков на нем устанавливаются специальные вакуумные краны (К1, К2 и т.д.). Соединение частей системы, в которых давление при работе должны быть ниже 10-1 Па ( 10-3 мм. рт. ст.), осуществляется путем сварки или спайки или на специальной вакуумной замазке (смолы или другие вещества с низким давлением пара).
На тех участках, где рабочее давление составляет 10-3 мм. рт. ст. и выше, допускается соединение с помощью вакуумной резины.
Вакуумная система имеет байпасную (обходную) линию откачки от атмосферного давления до 10-3 мм. рт. ст. насосом предварительного разрежения, минуя насос высокого вакуума. Насос высокого вакуума может при этом оставаться включенным, так как он изолирован от больших количеств откачиваемого газа.
Для измерения давления в системе служат манометрические преобразователи ПМТ и ПМИ, а также компрессионный манометр КМ. Так как в процессе откачки давление изменяется в широких пределах, приходится применять в одной и той же системе два, а иногда и три манометра на разные диапазоны давления.
Основным эталонным манометром является компрессионный. Для измерения давления газа, отобранную из системы порцию газа сжимают в известное число раз, и затем измеряют давление в ней. С помощью компрессионного манометра можно измерить давление от 10 до 104 Па ( 10-1… 10-6 мм. рт. ст. ). Пределы измерения зависят от его конструкции. Однако он не позволяет вести непрерывное наблюдение за давлением, так как каждое измерение сопровождается отключением от системы. Конструкция компрессионного манометра показана на рис. 2.

Рис. 2. Поворотный компрессионный манометр; а - в положении измерения; б - в положении откачки; 1 - шар; 2 - измерительный капилляр; 3 - соединительная трубка; 4 -сравнительный капилляр; 5 - трубка для подачи масла; 6 резервуар для масла; 7 -отросток для наполнения маслом; 8 - отвод к системе через вращающийся шлиф.
6
Стеклянный шар 1 с припаянным к нему закрытым вверху капилляром 2 сообщается через трубку 3 с системой, в которой измеряется давление. К трубке 3, параллельно ей, припаян капилляр 4 того же диаметра, что и 2. Через трубку 5 шар 1 связан с резервуаром 6, в котором находится жидкость, служащая поршнем для сжимания газа и одновременно указателем разности давлений. Жидкость должна иметь низкое давление пара при комнатной температуре и не слишком большую вязкость; обычно применяется ртуть или масло с высокой температурой кипения. Сжатие газа осуществляется за счет веса запирающей жидкости, для чего манометр соответствующим образом поворачивается (рис.2а).
При положении, изображенном на рис.2б, манометр откачивается вместе с системой, с которой он сообщен. В положении рис.2а шар разобщен с системой.
Величину давления газа после его сжатия можно считать пропорциональной разности уровней в капиллярах 2 и 4, если сжатие достаточно велико, как это обычно бывает. В трубке 3 жидкость стоит на несколько ином уровне, чем в 4, вследствие действия капиллярных сил.
Измерение давления этим манометром производится методом квадратичной шкалы. Для этого переводят манометр в положение, показанное на рис.2а, и находят разность уровней h в капиллярах 2 и 4, выражая ее в мм. Величина давления в мм.рт.ст. определяется по соотношению
p=Ch2, (1)
где С – постоянная, значение которой указано на лабораторном стенде.
Иногда бывает необходимо после откачки системы и прибора ввести в них определенное количество того или другого газа. Для этого в вакуумной системе имеется дозировальное устройство (ДУ), устройство которого показано на рис.3.

Рис.3. Дозировальное устройство: А,Б,В – сосуды различного объема, Г – резервуар с газом, 1,2,3,4 – краны.
Сосуды могут быть разобщены один от другого с помощью кранов 2 и 3 , от резервуара с газом Г (или от атмосферы) - краном 1, а от системы - краном 4. Крайние сосуды А и В, функции которых выполняют отрезки трубопроводов, имеют значительно меньшие (в 100...200 раз) объемы, чем сосуд Б.
Работа с дозировальным устройством производится следующим образом. Предварительно газ из всех частей его откачивается до достаточно низкого давления, причем обычно можно ограничиться разрежением до 10-1 Па. Если предполагается вводить и систему воздух, объем А при этом не откачивается; если будет вводиться газ из резервуара Г, нужно откачать все объемы и трубку, соединяющую резервуар с объемом А, вплоть до крана 2 резервуара Г. После откачки все краны закрываются.
Перед тем, как начать впуск газа в систему, она отключается от насосов, затем открывается кран 1 дозировального устройства для сообщения сосуда А с атмосферой или с резервуаром Г. Закрыв затем кран 1, открывают кран 2 и дают газу расшириться в Б; при этом его давление снижается соответственно увеличению объема. После этого закрывают кран 2 и открывают 3 для сообщения между собой сосудов Б и В. Наконец, закрыв кран 3, соединяют сосуд В с системой через кран 4. Введенное таким образом в систему количество газа называют «порцией» или «дозой» газа.
3.Предварительное задание
Подготовить ответы на следующие вопросы [1]:
1. Вакуум, единицы измерения, способы получения.
2. Основные элементы вакуумной системы и их назначение.
4.3адание к работе в лаборатории и методические указания
1.Построить кривую откачки вакуумной системы насосом предварительного разрежения и определить предельный вакуум системы.
2.Построить кривую откачки вакуумной системы насосом высокого вакуума и определить предельное разрежение системы.
3.Проверить герметичность системы.
Указания по выполнению работы.
Перед началом работы необходимо внимательно ознакомиться с инструкциями по технике безопасности, изучить схему установки и порядок работы на ней. Всякое нарушение порядка работы может вывести установку из строя.
Порядок включения установки
- Перед включением все краны должны быть закрыты; все трехходовые краны, в том числе кран К1, сообщающий насос предварительного разрежения с атмосферой, нужно поставить в положение «на стекло», то есть повернуть их так, чтобы отверстие в стенке пробки было обращено к стеклу, а не к одной из трубок.
- После проверки кранов включают двигатель насоса предварительного разрежения; при этом насос откачивает предохранительный баллон.
- Через 2-3 минуты, когда газ из баллона будет откачен, что можно заметить по изменению характера шума насоса, поворачивают трехходовой кран между насосом предварительного разрежения и уравнительным баллоном так, чтобы сообщить их между собой. При этом будет откачиваться газ из уравнительного баллона и высоковакуумного насоса.
- Последовательно открывая все краны, разобщающие отдельные части системы, откачивают ее всю, включая дозировальное устройство.
- Измеряя давление в системе с помощью компрессионного манометра, продолжают откачку до тех пор, пока давление установится постоянным. Если насос исправен, и в системе нет больших неплотностей, через 5-10 минут после сообщения насоса с системой в ней должно установиться давление 10-2…10-3 мм. рт. ст.
- Закрыть все краны дозировального устройства, а затем включить водяное охлаждение насоса высокого вакуума и его нагреватель. Нельзя включать нагреватель, пока давление в системе превышает 3·10-3 мм. рт. ст.
- Через 15-20 минут после включения нагревателя начнется работа насоса высокого вакуума. Периодически измеряя давление в системе, проверяют работу насоса; исправный диффузионный насос откачивает систему до постоянного давления порядка 10-5…10-6 мм. рт. ст.
Порядок выключения установки системы
- Перед выключением установки прежде всего, не прерывая работы насосов, перекрывают все краны, начиная с наиболее удаленных от насоса высокого вакуума, оставив открытым только краны между насосами.
- Выключают нагреватель высоковакуумного насоса; при этом водяное охлаждение отключают не менее через 1 час.
- После отключения водяного охлаждения поворачивают кран К1 в положение «на стекло», выключают двигатель вращательного насоса и поворачивают К1 так, чтобы сообщить рабочую камеру насоса с атмосферой.
Измерение давления компрессионным манометром
- Манометр необходимо сообщить с системой только перед измерением. Нельзя сообщать манометр с системой, пока давление в ней может превышать 0,1 мм. рт. ст., то есть менее, чем через 10…15 мин. после включения установки.
- Перед измерением давления поворачивают манометр за рукоятку так, чтобы
капилляр принял горизонтальное положение.
- Повернуть манометр на 90°; при этом капилляр 2 на рис.2 принимает вертикальное положение.
- Произвести отсчет разностей уровней h (мм) в капиллярах 2 и 4 и по соотношению (1) определить давление в системе (мм.рт.ст.).
Построение кривой откачки вакуумной системы насосом предварительного разрежения и определение предельного вакуума системы.
- Откачивают газ из системы с помощью насоса предварительного разрежения, периодически измеряют давление в ней, записывая время и отсчеты давления с интервалом 2…3 мин. Предельное разрежение считают достигнутым, когда три отсчета, произведенные последовательно, дадут одну и ту же величину давления.
Построение кривой откачки вакуумной системы насосом высокого вакуума и определение предельного разрежения системы.
- После включения насоса высокого вакуума периодически измеряют давление в системе, записывая время и отсчеты давления с интервалом 2…3 мин. Предельное разрежение считают достигнутым, когда три отсчета, произведенные последовательно, дадут одну и ту же величину давления.
Проверка герметичности системы.
- Отключают систему от насоса высокого вакуума и периодически измеряют давление в течение 10…15 мин. При отсутствии изменений давления результат проверки можно считать положительным.
5. Отчет должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, фамилией и группой студента, датой выполнения, фамилией преподавателя.
- Схему вакуумной установки, на которой проводилась работа.
- Наименования каждого раздела задания с результатами, представленными в виде таблиц и графиков.
- Выводы, содержащие критическую оценку полученных результатов.
Оформление отчета производится с использованием компьютерной техники индивидуально каждым студентом согласно образцу, имеющемуся в лаборатории.
6. Вопросы для защиты выполненной работы
- Конструкция и принцип работы насоса предварительного вакуума.
- Конструкция и принцип работы насоса высокого вакуума.
- Конструкция и принцип работы компрессионного манометра.
- Последовательность включения и выключения установки.
Лабораторная работа №2
ТЕРМОПАРНЫЙ МАНОМЕТР И его Градуировка
1. Цель работы
Целью настоящей работы является градуировка термопарного манометрического преобразователя.
2. Измерительное оборудование и методика градуирования манометра
Термопарный манометр включает термопарный манометрический преобразователь ПМТ-2, размещенный внутри присоединенного к вакуумной системе стеклянного баллона, а также вакууметра ВИТ-1А. Последний содержит схемотехнические блоки, предназначенные для обеспечения стабильной работы преобразователя и измерения термо-ЭДС, и соединяется с ПМТ-2 гибким электрическим кабелем. Этот же вакууметр может работать в сочетании с ионизационным преобразователем ПМИ-2, однако в рамках настоящей работы эта функция использоваться не будет. Левая часть передней панели ВИТ-1А вместе с органами управления, относящаяся к работе термопарного манометра, показана на рис.4:
1. Измерительный прибор (Т), предназначенный для измерения тока накала ПМТ-2 и термо-ЭДС термопары. По нижней шкале производится отсчет тока накала нити преобразователя в мА; по верхней шкале отсчитываются термо-ЭДС термопары в мВ. 1мВ соответствует 10 делениям шкалы.
2. Выключатель термопарной части вакуумметра (3);
3. Ручка реостата регулировки тока накала нити преобразователя (5);
4. Под измерительным прибором (Т) расположен переключатель (4), с помощью которого прибор включается в режим измерения тока накала (положение «Ток накала»), или термо-ЭДС термопары (положение «Измерение»). Простейший метод градуирования заключается в том, что в вакуумной системе, к которой присоединены исследуемый и эталонный манометры, создается определенная разреженность газа, система отделяется от насосов краном, и давление в этом замкнутом объеме измеряется с помощью точного компрессионного манометра, являющегося эталоном сравнения. Одновременно с этим отсчитываются показания прибора , измеряющего термо - ЭДС термопары. Измерения повторяют при различной разреженности газа, которая изменяется с помощью дозировального устройства, и по полученным точкам строят градуировочную кривую манометра.


Рис.4. Передняя панель вакууметра ВИТ-1А
3. Предварительное задание
Подготовить ответы на следующие вопросы [1]:
- Устройство и принцип работы термопарного манометра.
- Методика градуирования термопарного манометра
4. 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 при открытых кранах K2, K3 и К4 и закрытом К1 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 (), то продолжить введение доз до тех пор, пока не будет достигнуто заметного снижения ;
7) Произвести отсчет и измерить давление p компрессионным манометром.
8) Повторить пп.6 и 7, вводя новые дозы. При снижении до 25…30 мВ введение новых доз прекратить;
9) По результатам выполнения пп.6,7 и 8 строится градуировочная кривая в координатах lgp . 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.
6. 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
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.
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 Вн, регулируется автотрансформатором ЛАТР–1 и измеряется вольтметром V2 . Анодное напряжение подается от регулируемого источника постоянного напряжения У1136 и измеряется вольтметром V1, анодный ток измеряется миллиамперметром мA.

Рис. 1
Подключение источников питания к исследуемым приборам осуществляется переключателем П.
IV. Задание и порядок его выполнения
Установить переключатель П в положение, при котором напряжения питания подаются на лампу 6Ц19П.
Установить ручкой регулировки напряжения накала номинальное напряжение накала. Для лампы 6Ц19П номинальное напряжение составляет 6,3 В, для лампы ГИ12Б – 12,6 В.
Снять и построить график зависимости анодного тока лампы от анодного напряжения. При снятии характеристики не превышать значения анодного тока, равного 100 мА.
Снять и построить график зависимости анодного тока лампы от анодного напряжения при напряжении накала на 15% ниже номинального.
Уменьшить до нуля анодное напряжение. При помощи переключателя П подключить напряжения питания к лампе ГИ12Б.
Измерить и построить ВАХ лампы ГИ12Б, повторив п. 3 5. Построение характеристик провести на отдельном графике.
VI. Обработка полученных результатов
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 должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой автора.
- 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 ПРИБОРАХI. Цель работы
Изучение закономерностей токораспределения между положительными электродами в электровакуумном приборе и влияние вторичной эмиссии.
II. Предварительное задание
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.
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 Vн . Напряжение на первую сетку подается от источника В1 и измеряется вольтметром V1; ток первой сетки измеряется микроамперметром А1. 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.

IV. Задание, порядок выполнения эксперимента и методические указания
Исследование характеристик токораспределения между анодом и сеткой в триоде.
- Вывести регуляторы напряжения всех источников питания (кроме напряжения накала Uн) в положение, соответствующее минимальным напряжениям. Регулятор Uн 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 Uc1=30 В и анода Uа=30 В. Подобрать напряжение накала, близкое к 2 В, при котором катодный ток Iк, 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 Iк на изменение Uн. После того, как получено стабильное значение катодного тока, выключить резистор, поставив тумблер Т2 в нижнее положение.
- Снять зависимость катодного тока Iк и тока соединенных вместе второй сетки и анода от анодного напряжения Uа при напряжении первой сетки Uc1= +30 В. Напряжение Uа изменять в пределах 0…60 В; при этом в диапазоне напряжений Uа = (0…5)В измерения проводить с интервалом 0,5…1 В, далее интервал можно увеличить. График зависимости строится на миллиметровке непосредственно в процессе измерений.
Исследование влияния вторичной эмиссии на токораспределение между анодом и второй сеткой.
- Вывести регуляторы напряжения всех источников питания (кроме напряжения накала Uн) в положение, соответствующее минимальным напряжениям. Положение регулятора Uн не следует изменять!
- Переключить тумблер Т3, подсоединив сетку С2 к источнику питания В2 и обеспечив тетродный режим работы ламы.
- Снять зависимости Iк, Iа, Iс2, от Uа при Uс1= +30 В и Uс2= +250 В. Анодное напряжение Uа изменять в пределах 0…300 В. При этом в диапазонах напряжений 0…20 В и 210…260 В измерения вести через 5 В, а в остальных областях через большие интервалы. График зависимости строится на миллиметровке непосредственно в процессе измерений.
V. Обработка полученных результатов
По данным п. 2 разд. IV построить зависимость коэффициента токопрохождения q=f(Iа/Iк) от отношения Uа/Uс и определить по экспериментальным данным отношение (Uа/Uc)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 и должен содержать только следующее:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой автора, фамилией преподавателя.
- 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 - поляхI. Цель работы Экспериментальная проверка соотношений, вытекающих из уравнения движения электрона в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях.
II. Предварительное заданиеИспользуя [4, (7.24)] , рассчитать и построить 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.
Подготовить ответы на следующие вопросы:
- Направление сил, действующих на электрон в скрещенных электрических полях в различных точках его траектории [5].
- Качественный вид зависимостей анодного тока экспериментального диода от тока электромагнита, построенных на одном графике.
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 V1, анодный ток – миллиамперметром мА1. Напряжение накала подается от регулируемого источника H и измеряется вольтметром V2. 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
Установить ручки регулировки напряжения накала и регулировки напряжения блоков У1136 в крайнее левое положение.
Включить блоки питания У1136 (тумблеры “ВКЛ - СЕТЬ” перевести в положение “ВКЛ.”).
Включить питание накала и установить регулятор напряжения накала в крайнее правое положение до упора.
Установить тумблеры “ВЫХОД - ВКЛ.” блоков У1136 в положение “ВКЛ.”.
Измерить зависимость анодного тока Iа от тока магнита Iм для нескольких значений анодного напряжения Uа 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 Iа=f(Iм) должно быть не менее 5 7 точек.
По окончании измерения зависимости Iа=f(Iм) при выбранном Uа необхо-
димо в первую очередь уменьшить до нуля анодное напряжение установ-
кой в крайнее левое положение ручки грубой регулировки Ua. Затем сле-
дует перейти к снятию характеристик при других значениях Uа в соответ-
ствии с рассмотренной последовательностью измерений.
V. Обработка полученных результатовПо полученным кривым Iа=f(Iм) определить токи Iм кр, соответствующие режиму отсечки. В качестве значений Iм кр принять величины токов, отвечающих средним значениям Iм на участке отсечки, как это показано на рис. 3.
Определив значения Iм кр для различных Ua, найти соответствующие значения Bкр по градуировочной кривой электромагнита.
Нанести на график рассчитанной в п. 1 разд. II параболы критического режима экспериментальные результаты.
Проверить наличие квадратичной связи между измеренными значениями Ua и Bкр. Для этого построить по экспериментальным данным график =f(Bкp), который в случае квадратичной зависимости между Ua и Вкр должен иметь вид прямой, проходящей через начало координат.
VI. ОтчетОтчет по работе составляется индивидуально каждым и должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой автора, фамилией преподавателя.
- Чертеж конструкции экспериментального прибора.
- Схему включения экспериментального прибора с измерительными приборами и источниками питания.
- Графики зависимостей Iа=f(Iм) при различных Ua.
- 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 [6, стр 182 - 188]:
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. Свойств 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.
IV. Задание и порядок выполнения эксперимента
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 а1 кВ.
2. Снять и построить на одном графике зависимости угла поворота изображения сетки на экране от тока катушки магнитной линзы при нескольких значениях Uа анодного напряжения. Ток катушки изменять в диапазоне 20 – 100 мА; число используемых значений Uа должно быть не менее пяти; диапазон значений Uа выбирается по указанию преподавателя.
Внимание! В процессе измерений во избежание прожигания экрана необходимо не допускать стягивания изображения сетки в точку.
3. 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.
4. Проверить согласование с теорией характера экспериментальных зависимостей угла поворота изображения от анодного напряжения.
Указание. По результатам выполнения п.2 построить зависимости угла поворота изображения от анодного напряжения Uа в функциональных координатах =f(1/Uа).
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/l1 + 1/l2, (1.1)
где l1 - расстояние от объекта до плоскости короткой магнитной линзы; l2 - расстояние от изображения до плоскости короткой магнитной линзы.
Число ампер-витков фокусирующей катушки IN связано с анодным напряжением Ua (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 и должен содержать:
- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой автора, фамилией преподавателя.
- 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

Приложенные файлы

  • docx 9569211
    Размер файла: 1 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий