一种多材料金属电子功函数的测定装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术一种多材料金属电子功函数的测定装置，属于电子功函数测定装置的技术领域；解决的技术问题为：提供一种便于测量金属材料电子逸出功的测定装置；采用的技术方案为：一种多材料金属电子功函数的测定装置，包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管，所述电流检测器Ia1的输出端并接阳极电压器Ua1的正极后与共发射极放大电路的第一输入端相连，共发射极放大电路的输出端与A/D转换器的输入端相连，A/D转换器输出端与单片机的输入端相连，单片机的控制端与显示器相连，单片机的电源端还与充电装置相连；本实用新型专利技术适用于物理实验教学演示领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种多材料金属电子功函数的测定装置，属于电子功函数测定装置的

技术介绍
金属中存在大量的自由电子，由于电子在金属内部所具有的能量低于在外部所具有的能量，因而电子逸出金属时需要给电子提供一定的能量，这份能量称为电子逸出功，电子从加热的金属中发射出来的现象称为热电子发射，热电子发射的性能与金属材料的逸出电势或逸出功有关，在电真空器件阴极材料的选择中，材料的逸出电势是重要参量之一，里查逊提出的热电子发射定律对无线电电子学的发展具有深远的影响。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种便于测量金属材料电子逸出功的测定装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种多材料金属电子功函数的测定装置，包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管，所述阴极灯丝与控制开关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端与电流检测器Ia1的输入端相连，所述电流检测器Ia1的输出端并接阳极电压器Ua1的正极后与共发射极放大电路的第一输入端相连，所述阳极电压器Ua1的负极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与共发射极放大电路的第二输入端相连，所述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路的第三输入端和理想二极管的阳极后接地，所述共发射极放大电路的输出端与A/D转换器的输入端相连，所述A/D转换器输出端与单片机的输入端相连，所述单片机的控制端与显示器相连。所述理想二极管和控制开关K1均为三个，所述的三个理想二极管的阴极灯丝的制成金属材料互不相同，每个理想二极管的阴极灯丝分别与一个对应的控制开关K1的一端相连，三个控制开关K1的另一端均并接在一起，所述的三个理想二极管的阳极均并接在一起；所述的三个理想二极管的阴极灯丝的制成金属材料分别为钨、钼和钽；所述单片机的电源端还与充电装置相连；所述显示器为LCD显示器。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术中的多材料金属电子功函数的测定装置，包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管，所述阴极灯丝与控制开关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端与电流检测器Ia1的输入端相连，所述电流检测器Ia1的输出端并接阳极电压器Ua1的正极后与共发射极放大电路的第一输入端相连，所述阳极电压器Ua1的负极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与共发射极放大电路的第二输入端相连，所述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路的第三输入端和理想二极管的阳极后接地，所述共发射极放大电路的输出端与A/D转换器的输入端相连；由理查逊-杜西曼公式可知，要测定金属材料的电子逸出功，通常是先把被测材料做成理想二极管的灯丝，测出灯丝的温度和在不同温度时的热电子发射电流，再利用理查逊直线法作图，求出直线的斜率，即可得出金属材料的电子逸出功；在实验时还需对具有加速电场时的热电子发射电流作出修正，即需求出无加速电场时的热电子发射电流，而无加速电场时的热电子发射电流与具有加速电场时的热电子发射电流和阳极电压有关；本专利技术将待测金属材料制成理想二极管的阴极灯丝，在灯丝上接一个开关，手动控制开关，通过电流检测器Ia1检测具有加速电场时的热电子发射电流、通过阳极电压器Ua1知道阳极电压，将具有加速电场时的热电子发射电流和阳极电压通过共发射极放大电路进行放大，再经过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，将该数字信号发送给单片机，单片机结合事先输入的灯丝温度，进行数据处理，然后在LCD显示器上进行显示出所要图线，根据灯丝的温度与不同温度时的热电子发射电流的关系，求出待测金属材料的逸出功。2、本专利技术中，所述理想二极管和控制开关K1均为三个，所述的三个理想二极管的阴极灯丝的制成金属材料互不相同，每个理想二极管的阴极灯丝分别与一个对应的控制开关K1的一端相连，三个控制开关K1的另一端均并接在一起，所述的三个理想二极管的阳极均并接在一起；本专利技术可根据实际需要，将所需要测定的金属材料分别制成对应的理想二极管灯丝，每根灯丝由不同的控制开关K1控制，通过开闭控制开关K1来选择对哪种金属材料进行测定，使用和操作都非常方便。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明；图1为本专利技术的电路结构示意图；图中：1为理想二极管，2为共发射极放大电路，3为A/D转换器，4为单片机，5为显示器，6为充电装置。具体实施方式研究热电子发射的目的之一就是要选择合适的阴极物质，实验和理论证实，影响灯丝发射电流密度的主要参量是灯丝温度和灯丝物质的逸出功，灯丝温度愈高，发射电流密度愈大，因此，理想的纯金属热电子发射体应该是具有较小的逸出功而有较高的熔点，使得工作温度得以提高，以期获得较大的发射电流；如将被测的金属材料制成理想二极管的灯丝，通以电流加热，就会有热电子发射，热电子发射为理查逊-杜西曼(Richardson-Dushmon)公式:I＝AST2exp[-eΦ/KT](1)其中：I为热电子发射的电流强度，A为与二极管灯丝表面化学纯度有关的系数，S为灯丝的有效发射面积，K为玻尔兹曼常数，T为灯丝的绝对温度，eФ为电子逸出功(单位为电子伏特)。在实际测量中，为了设法避开A和S的测量，常用到下述的理查逊直线法，将(1)式两边除T2，再取对数得：LogIT2=LogAs-eΦ2.30KT=LogAs-5.04×103Φ1T---(2)]]>从上式可见，与呈线性关系，做出直线，从直线的斜率即可得出电子的逸出电位φ，从而求出电子的逸出功eΦ，这个方法的特点是可以不必知道A和S的数值，A和S的影响只是使直线平行移动而不改变其斜率；因此，要测定金属材料的电子逸出功，通常是先把被测材料做成二极管的灯丝，实验时测出灯丝温度T和在不同温度T时的热电子发射电流，再用里查逊直线法作图，求出直线的斜率，从而得出金属电子的逸出功eΦ；在实验时还要对具有加速电场时的热电子发射电流做出修正，求出无加速电场时的热电子发射电流；为了维持阴极发射的热电子能连续不断地飞向阳极，必须在阴极和阳极间外加一个加速电场Ea，然而由于Ea的存在使阴极表面的势垒Ea降低，因而逸出功减小，发射电流增大，这一现象称为肖脱基效应，可以证明，在阴极表面加速电场Ea的作用下，阴极发射电流Ia与Ea有如下的关系：Ia=Iexp(0.439EaT)---(3)]]>式中Ia和I分别是加速电场为Ea和为零时的发射电流，对上式取对数：logIa=logI+0.439Ea2.30T---(4)]]>如果把阴极和阳极做成共轴圆柱形，并忽略接触电位差和其它影响，则加速电场可表示为：Ea=Uar1lnr2r1---(5)]]>式中r1和r2分别是阴极和阳极的半径，Ua为阳极电压，则有：logIa=logI+0.4392.30T1r1lnr2r1---(6)]]>对于一定几何尺寸的管子，当阴极的温度T一定时，logIa和Ua成线性关系，如果以logIa为纵坐标，以Ua为横坐标作图，这些直线的延长线与纵坐标的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多材料金属电子功函数的测定装置，其特征在于：包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管(1)，所述阴极灯丝与控制开关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端与电流检测器Ia1的输入端相连，所述电流检测器Ia1的输出端并接阳极电压器Ua1的正极后与共发射极放大电路(2)的第一输入端相连，所述阳极电压器Ua1的负极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与共发射极放大电路(2)的第二输入端相连，所述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路(2)的第三输入端和理想二极管(1)的阳极后接地，所述共发射极放大电路(2)的输出端与A/D转换器(3)的输入端相连，所述A/D转换器(3)输出端与单片机(4)的输入端相连，所述单片机(4)的控制端与显示器(5)相连。

【技术特征摘要】
1.一种多材料金属电子功函数的测定装置，其特征在于：包括其阴极灯丝由所述金属材料制成的理想二极管(1)，所述阴极灯丝与控制开关K1的一端相连，所述控制开关K1的另一端与电流检测器Ia1的输入端相连，所述电流检测器Ia1的输出端并接阳极电压器Ua1的正极后与共发射极放大电路(2)的第一输入端相连，所述阳极电压器Ua1的负极与电容C1的一端相连，所述电容C1的另一端并接电阻R1的一端后与共发射极放大电路(2)的第二输入端相连，所述电阻R1的另一端并接共发射极放大电路(2)的第三输入端和理想二极管(1)的阳极后接地，所述共发射极放大电路(2)的输出端与A/D转换器(3)的输入端相连，所述A/D转换器(3)输出端与单片机(4)的输入端相连，所述单片机(4)的控制端与显示器(5)相连。
2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新彦，牛艳利，任海鹏，梁思韬，朱志杰，赵扬，张卜闻，张道贵，宋杨，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网山西省电力公司吕梁供电公司，
类型：新型
国别省市：北京;11