Ток вакуумного диода, работающего в режиме насыщения, проходит через параллельный колебательный контур (рис. 12).

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 теории явления и описанию метода или далее к заданию