=====Описание установки===== Схема измерения дробовых шумов с использованием контура вместо анодного сопротивления $R$ и полосового фильтра ПФ (с некоторыми упрощениями) приведена на рисунке: {{ :lab2:24-7.jpg?direct&500 |}} Помимо диода (с питаниями $U_{\text{н}}$, $U_{\text{а}}$) в нее входят измеритель анодного тока $I_{\text{а}}$, генератор $G$, частотомер $F$, вольтметр среднеквадратичных значений $U_{\text{эф}}$ и регулятор величины анодного тока <<Ток $I_{\text{а}}$>>. Поскольку дробовые шумы весьма малы по величине, то рабочая схема должна быть тщательно экранирована от внешних шумов и наводок. С этой целью она выполнена в металлическом корпусе, а все ее соединения с внешними приборами (осциллографом для наблюдения шумов, вольтметром среднеквадратичных значений, частотомером для определения резонансной частоты и добротности контура) должны быть выполнены кабелями. Передняя панель установки показана на рисунке: {{ :lab2:24-8.jpg?direct&400 |}} Разъем "Вход" предназначен для подключения генератора $G$ [[tex:akip-3408|АКИП-3408/2]]. Разъем "Выход" --- для подключения осциллографа [[tex:gds-71054b|GDS-71054B]], необходимых для измерения $f_0$ и $Q$ и вольтметра среднеквадратичных значений $U_{\text{эф}}$ [[tex:gdm-8135|GDM-8135.]] Приборы подключаются на соответствующие разъемы. Ручка "Регулятор $I_{\text{а}}$" и стрелочный прибор "$I_а$" предназначены для установки анодного тока диода. Тумблер "$С$" предназначен для закоротки конденсатора контура при измерении коэффициента усиления усилителя. В положении тумблера "__Закорочен__" горит индикатор закоротки "**И**", напоминающий о том, что конденсатор замкнут (это нужно для измерения коэффициента усиления усилителя), но что в режиме измерения шумов его нужно будет не забыть разомкнуть. Тумблер "Вход/Выход" предназначен для переключения вольтметра со входа на выход усилителя (при измерении $K_y$). **Внимание!** При измерении коэффициента усиления усилителя на выходной вольтметр, переключенный в положение "$U_{\text{вх}}$" подается не то напряжение, которое реально поступает в колебательный контур и, соответственно, на вход усилителя (т.е. напряжение, снимаемое с сопротивления $R_2$ делителя), а всё напряжение генератора. Это выходное напряжение генератора в $100$ раз больше реального напряжения, поступающего на вход усилителя. Это сделано из-за того, что иначе нам пришлось бы измерять вольтметром входное напряжение порядка десятков мкВ, что достаточно сложно сделать из-за шумов и наводок,всегда присутствующих в схемах измерения. Таким образом, коэффициент усиления нужно определять по формуле $$ K_y = \frac{U_{\text{вых}}}{U_{\text{вх}}}\cdot 100, $$ где $U_{\text{вх}}$ и $U_{\text{вых}}$ --- значения напряжения, показываемые вольтметром в положении <<Вход/Выход>> соответственно. Значение емкости контура, входящее в расчетную формулу (3): $$ \overline{U_{\text{др}}^2}=\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2} } \hspace{10pt} \text{ или } \hspace{10pt} \left(\frac{U_{\text{эф}}}{K_y}\right)^2 =\frac{eI Q}{2\omega _{0} C^{2}}, $$ указано на корпусе установки. Резонансная частота контуров установок находится в области частот $30 \dots 70$ кГц. Диод работает в режиме насыщения, а регулировка анодного тока (тока эмиссии катода) производится изменением тока накала. /* старое описание: Ток вакуумного диода, работающего в режиме насыщения, проходит через параллельный колебательный контур (рис. 12): {{ :lab2:pic12.png?450 |}} Напряжение на конденсаторе контура поступает на вход усилителя, который имеет высокое входное сопротивление, чтобы не уменьшать добротность контура. Усиленное напряжение поступает на милливольтметр эффективных значений и осциллограф (либо цифровой осциллоскоп). Показания милливольтметра соответствуют эффективным (среднеквадратичным) значениям напряжения $\left\langle U^{2}\right\rangle $. Они не зависят от формы напряжения, что важно для возможности измерения напряжения дробового шума. Вакуумный диод работает в режиме насыщения, а величина тока диода регулируется изменением тока накала. Ток диода измеряется прибором магнитоэлектрической системы. Для определения резонансной частоты, добротности контура и коэффициента усиления усилителя используется генератор высокой частоты. Ток от генератора проходит через небольшое сопротивление $r$, включенное в колебательный контур. Конденсатор контура $C$ можно замыкать накоротко тумблером T. Вакуумный диод в режиме насыщения имеет хотя и большое, но конечное внутреннее сопротивление. Поэтому его ток насыщения немного зависит от напряжения (эффект Шоттки --- прикладываемое внешнее электрическое поле уменьшает работу выхода электрона из металла и соответственно увеличивает эмиссию электронов). Внутреннее сопротивление диода шунтирует контур (включено параллельно контуру), уменьшая его добротность, а величина этого сопротивления зависит от тока. Поэтому добротность надо измерять при прохождении тока диода через контур. Легко показать, что для последовательного контура (источник э.д.с. включен последовательно с индуктивностью и емкостью) напряжение на емкости или индуктивности при резонансе становится в $Q$ раз больше внешней э.д.с. (этот принцип используется, например, в приборах, называемых куметрами). В эксперименте по измерению добротности внешней э.д.с. является падение напряжения на сопротивлении $r$, создаваемое протекающим по нему током от генератора. Если частота генератора равна резонансной частоте контура, то отношение выходных напряжений усилителя при разомкнутом и при замкнутом конденсаторе контура равно добротности. Такие измерения можно проводить и при прохождении тока диода через конденсатор, если создаваемое в контуре напряжение от генератора значительно больше шумового. Чтобы найти коэффициент усиления усилителя, подают на вход (при замкнутом конденсаторе контура) напряжение от генератора и с помощью переключателя К поочередно подключают вход и выход усилителя к милливольтметру. После определения коэффициента усиления измеряют среднеквадратичное значение дробового шума при различных токах диода. По полученным данным строят расчетно-экспериментальные точки: зависимость величины $\left\langle U_{\text{др}}^{2}\right\rangle $ от произведения $IQ.$ Далее эти точки необходимо аппроксимировать методом наименьших квадратов прямой линией (Excel) и по ее наклону определить заряд электрона. Емкость колебательного контура указана на каждой рабочей установке. Во избежание нелинейных искажений в усилителе его выходное напряжение не должно превышать 0,3 В. При работе с цифровым осциллоскопом Handscope HS3 выполните следующее: 1) подайте сигнал с усилителя на канал номер 1 (СН 1), а сигнал с генератора на канал номер 2 (СН 2) устройства с надписью SCOPE; 2) включите компьютер и запустите программу I landscope HS3, находящуюся на его рабочем столе; 3) прочитайте инструкцию работы с прибором в Help; 4) загрузите оптимальный режим работы осциллографа, который находится в разделе Рабочий стол Labwork\_2-8 Labwork\_2-82\_start.SET; 5) заведите свою папку в Рабочий стол \textbackslash{} Labwork\_2-8 \textbackslash{} Students \textbackslash{} YourName и записывайте туда свои осциллограммы и свои режимы работы осциллографа (если требуется). */ Назад к [[идея24|идеи эксперимента и его рабочей схемы]] или далее к [[задание24|заданию]]