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 идеи эксперимента и его рабочей схемы или далее к заданию