behovyh_electromagnetism

2участке 1 Евн ___________ Езап, и прямой

нием ________________ носителей заряда. При напряжении, большем предельного (Uпр), наступает пробой p-n перехода и обратный ток (Iобр) быстро растет (участок 4). Напряжение Uпр еще называют на-

пряжением ____________, или _____________ напряжением диода.

Напряжение ____________ диода – это одна из характеристик, определяющих его режим работы. В тех случаях, когда диоды используются в выпрямительных устройствах, работа при обратных напряжениях, близких к Uпр, не допускается, так как может привести к

__________________________. В этом случае p-n переход «выгорает»,

и диод становится ______________, одинаково хорошо пропускающим ток в обоих направлениях.

Блок содержит 58 подготовленных пропусков

Контрольные вопросы

Вопросы на «удовлетворительно»

1.Полупроводниками называются...

2.Электрическим током называется...

3.Удельное сопротивление показывает...

4.Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является…

41

5.Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества примесей в нем...

6.Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества донорных примесей в нем...

7.Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества акцепторных примесей в нем...

8.Дыркой в теории проводимости полупроводников называется...

9.В полупроводнике без примесей число электронов проводимости равно числу...

10.Во внешнем электрическом поле дырки движутся...

11.Во внешнем электрическом поле электроны проводимости полупроводника движутся...

12.Без внешнего электрического поля электроны проводимости

вобъеме полупроводника движутся ...

13.Без внешнего электрического поля дырки в объеме полупроводника движутся ...

14.Электропроводимость полупроводника, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной, или проводимостью...

15.Электропроводимость полупроводника, обусловленная движением дырок, называется дырочной, или проводимостью...

16.Электропроводность в полупроводниках, обусловленная свободными электронами и дырками, образовавшимися в равных количествах при тепловых движениях атомов, называется...

17.Донорными называются примеси, добавление которых к собственному полупроводнику приводит к...

18.Акцепторными называются примеси, добавление которых к собственному полупроводнику приводит к...

19.Электропроводность в полупроводниках, обусловленная присутствием примесей какого-либо типа, называется...

20.Примесной проводимостью полупроводника называется...

21.Собственной проводимостью полупроводника называется...

22.p-n переходом называется...

23.Создание p-n перехода в полупроводниках осуществляется способом...

24.Число дырок в полупроводнике при добавлении акцепторной примеси равно числу...

25.Аналитическая зависимость между напряжением, приложенным к p-n переходу, и протекающим по нему током называется ...

42

26.Зависимость силы тока через p-n переход от приложенного напряжения описывается уравнением…

27.При увеличении температуры электрическое сопротивление полупроводниковых материалов...

28.При длительном прохождении прямого тока величина электрического сопротивления диода...

Вопросы на «хорошо»

1.Нарисуйте вольт-амперную характеристику идеального диода

ипоясните:

–на каком участке выполняется закон Ома;

–на каком участке вольт-амперной характеристики сопротивление диода остается почти постоянным;

–где ток обусловлен основными носителями заряда;

–где ток обусловлен неосновными носителями заряда;

–что произойдет при напряжении пробоя диода?

2.Поясните, что произойдет, если в полупроводниковом диоде на p-полупроводник подать положительный потенциал, а на n-полу- проводник – отрицательный.

3.Зачем изменяют схему включения приборов, когда измеряют силы прямого и обратного токов в диоде?

Вопросы на «отлично»

1.Поясните устройство и принцип работы вакуумного диода.

2.Дайте сравнительный анализ вольт-амперных характеристик полупроводникового и вакуумного диодов. В чем их преимущества и недостатки?

3.Один конец полупроводникового стержня нагрели, другой – охладили, при этом горячий конец зарядился отрицательно, а холодный – положительно. Полупроводником какого типа является этот стержень и почему?

4.Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из одного диода.

5.Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из двух диодов.

6.Поясните устройство и принцип работы выпрямителя переменного электрического тока, изготовленного из четырех диодов.

7.Поясните устройство и принцип работы умножителя напряжения, изготовленного при помощи диодов.

43

Лабораторная работа № 5 ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ФОТОРЕЗИСТОРА

Цель работы – установить зависимость силы тока, протекающего по фоторезистору от светового потока и приложенного напряжения.

Основные теоретические сведения

В настоящее время широко распространены различные типы фотоэлектрических приборов, одним из которых является фоторезистор – непроволочный _______________________ прибор, электрическое сопротивление которого изменяется под действием оптического излучения. К оптическому диапазону излучения относят

________________, видимое и ___________________ излучения с дли-

ной волны от десятков нанометров до десятых долей миллиметра. Работа фоторезисторов основана на явлении внутреннего фото-

эффекта (фотопроводимости) в полупроводниках.

Под внутренним фотоэффектом понимают переход электронов в полупроводнике из связанных состояний (из валентной зоны) в свободные (в зону проводимости) под действием ____________________. Результатом внутреннего фотоэффекта является возрастание концентрации в полупроводниках свободных носителей заряда (электронов)

и, как следствие, уменьшение ______________________.

Внутренний фотоэффект происходит при частоте, превышающей или равной значению, которое называют «__________________» внутреннего фотоэффекта:

где ∆W – энергия электромагнитного излучения, необходимая для перехода электрона из связанного состояния в свободное;

h = 6,63 10−34 Дж с – постоянная Планка.

По своему устройству и технике применения фоторезисторы являются простейшими из фотоэлектрических приборов и в зависимости от типа и назначения имеют самые разнообразные конструктивные решения. На рисунке 1 схематически показано устройство фоторези-

стора. Пластина или пленка ______________________________ 2 за-

креплена на _____________ 1 из непроводящего материала – стекла, керамики или кварца. В зависимости от применяемого слоя полупро-

44

энергии (рис. 2).

К достоинствам фоторезисторов

можно отнести высокую ________________, небольшие ______________, возможность работы в цепях постоянного и переменного токов и в инфракрасной

области спектра излучения. В ряде случаев ток, протекающий через фоторезистор можно использовать непосредственно без применения промежуточного усиления для приведения в действие исполнительного механизма. Это является существенным преимуществом фоторезистора перед другими типами фотоэлектрических приборов.

Однако при освещении фоторезистора ток в нем достигает своего конечного значения лишь спустя некоторый промежуток времени, а при затемнении фоторезистора он уменьшается с некоторым запозда-

нием. Фоторезисторы обладают заметной ___________________,

поэтому для регистрации кратковременных световых импульсов они не годятся.

К основным параметрам фоторезисторов относятся: темновое сопротивление, темновой ток, световой ток, фототок, интегральная чувствительность, рабочее напряжение и т.д.

Темновое сопротивление (RТ) – сопротивление фоторезистора, который ____________________. В этих условиях в цепи с фоторезистором под действием напряжения (U) источника электроэнергии соз-

дается небольшой ________________________:

45

Этот ток (IT) обусловлен наличием в неосвещенном полупроводнике некоторого количества свободных ______________ заряда.

При освещении фоторезистора сопротивление его уменьшается, и в цепи протекает ток, называемый ______________:

Этот ток значительно больше _____________ тока. Его возрастание происходит за счет увеличения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковой пленке 2 (рис. 1) вследствие внут-

реннего _______________.

Разность между световым и темновым токами называется

_______________:

Интегральная чувствительность определяется при воздействии на фоторезистор немонохроматического излучения.

Величина фототока, приходящаяся на единицу светового потока,

называется интегральной чувствительностью (К) фоторезистора:

___________. (5)

Для измерения интегральной чувствительности фоторезистора принято использовать лампу накаливания с вольфрамовой нитью при температуре 2850 К. Обычно интегральная чувствительность фоторезисторов колеблется от 50 до 1200 мА/лм.

Рабочее напряжение – это максимально возможное напряжение, не приводящее к ______________ других параметров фоторезистора в течение всего срока службы. Оно может заключаться в пределах от нескольких единиц вольт до 100 В.

46

постоянном ____________________ (Iф = f (Uф ) при Ф = Const).

Вольт-амперные характеристики большинства фоторезисторов линейны (рис. 3). Однако в некоторых случаях при повышении напряжения

линейность нарушается.

Световая характеристика –

это зависимость ___________ ( Iф )

от ____________________ (Ф) по-

стоянного спектрального состава

( Iф = f (Ф) при U = Const) (рис. 4).

При малых значениях светового потока характеристику можно считать линейной, а при больших – прямо пропорциональная зависимость нарушается.

Когда световой поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине ________________________, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины светового потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри полупроводника, электроны сталкиваются с атомами, __________________ их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока ___________________ во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора и нелинейность световой характеристики.

Спектральная характеристика – это зависимость чувствитель-

ности фоторезистора от ________________ светового излучения. Фототок (Iф ) зависит от спектрального состава светового потока. Зави-

симость относительного значения фототока от длины волны излучения (λ ) при постоянном световом потоке определяет спектральную

характеристику фоторезисторов ( Iф / Iфmax = f (λ) при Ф = Const),

которая зависит от их материала. Путем соответствующего подбора последнего можно построить фоторезистор, чувствительный к любой части видимого спектра. Некоторые из фоторезисторов обладают

47

большой чувствительностью к инфракрасной части спектра, что дает возможность использовать их для наблюдения и регистрации излучения слабо нагретых тел.

Блок содержит 33 подготовленных пропуска

Контрольные вопросы

Вопросы на «удовлетворительно»

1.Какие вещества называются полупроводниками?

2.Электрическим током называется...

3.Удельное сопротивление показывает...

4.Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является...

5.Удельное сопротивление полупроводника с ростом количества примесей в нем...

6.Какие виды излучения относят к оптическому диапазону?

7.В чем состоит явление внутреннего фотоэффекта?

8.Что называют «красной границей» внутреннего фотоэффекта?

9.Что такое фоторезистор?

10.Расскажите об устройстве фоторезистора.

11.Что называют вольт-амперной характеристикой фоторезистора?

12.Что называют световой характеристикой фоторезистора?

13.Что называют спектральной характеристикой фоторезистора?

14.Дайте определение основным параметрам фоторезисторов: темновое сопротивление, темновой ток, световой ток, фототок, рабочее напряжение.

15.В чем заключается причина инерционности фоторезисторов?

16.В чем причина нелинейности световой характеристики фоторезисторов?

17.Какими достоинствами и недостатками обладают фоторезисторы при практическом использовании?

48

Вопросы на «хорошо»

1.Почему возможны две электрические схемы для снятия вольт-амперной характеристики фоторезистора? Поясните условия их применимости на основании закона Ома и параллельного и последовательного соединения проводников.

2.Какими способами можно изменить величину светового потока?

3.Приведите примеры практического применения фоторезисторов.

Вопросы на «отлично»

1.Предложите электрическую схему и поясните принцип работы электрической автоматической сушилки для рук на основе фоторезистора.

2.Предложите электрическую схему и поясните принцип работы автоматического устройства включения и отключения уличного освещения на основе фоторезистора.

3.Предложите электрическую схему и поясните принцип работы автоматического устройства на основе фоторезистора, предназначенного для предварительной сушки зерна.

4.Предложите электрическую схему и поясните принцип работы устройства для измерения уровня освещенности на основе фоторезистора.

49

Лабораторная работа № 6 ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ ПОМОЩИ ТЕРМОПАРЫ

Цель работы – ознакомиться с принципом работы, градуировкой и использованием термопары.

Основные теоретические сведения

Из курса термодинамики известно, что температура – это мера

___________________________________________ движения молекул или атомов вещества. Поэтому непосредственное измерение температуры невозможно, и оно всегда производится косвенным путем, т.е. основывается на зависимости от температуры таких физических параметров, которые могут быть измерены непосредственно. Эти параметры называются _______________________. К таким параметрам предъявляется ряд существенных требований: выбранная величина должна изменяться с температурой ___________________, не иметь одинаковых значений при разных температурах, как можно меньше зависеть от других ______________, измеряться простым образом, вид зависимости должен быть достаточно _______________ (желательно линейный). Ни одна физическая величина полностью этим параметрам не удовлетворяет, но есть величины, которые больше чем другие подходят для измерения температуры.

В настоящее время при измерении температуры в качестве термометрических параметров широко используется термоэлектродви-

жущая ________ (сокращенно – термо-ЭДС) различных пар провод-

ников и полупроводников. В связи с этим кроме термометров, основанных на зависимости изменения объема жидкости от температуры (ртутные и спиртовые термометры), применяют термопары.

Термопара – это ________________, состоящее из двух соединенных между собой разнородных электропроводящих элементов (металлов или полупроводников).

Места соединения разнородных элементов называются

_______________________ термопары, а сами проводники или полу-

проводники, из которых состоит термопара, получили название

________________ термопары.

Если термопары используются в качестве датчика температуры, то в зависимости от особенностей подключения к измерительному прибору их подразделяют на интегральные и дифференциальные.

50