Порядок виконання роботи:

Завдання 1.

1

R_м

R_т

R₁

R₂

. Зберіть вимірювальну схему у відповідності з рис. 2. Заповніть посудину свіжою водою з крану.

E K

Рис. 2

2. Після перевірки схеми викладачем занурте термометр опору разом з скляною трубкою у воду. Підбирайте опір R_M так, щоб гальванометр вказував на нульове відхилення, виміряйте опір термістора. Запишіть показання термометра

і відповідний опір R = R_M.

3. Повторюйте вимірювання до того моменту (через 1-3 хвилини), поки перестане змінюватись R - термістор набув температури води. Запишіть температуру і усталене значення R у таблицю.

4. Поставте посудину з водою на елетроплитку і розпочніть повільно нагрівати, час від часу вимикаючи плитку, доводячи температуру до 80 - 90˚С і вимірюючи опір R через кожні 2˚С. Результати занести у таблицю:

t˚C
R
1/T
lnR

5. За даними таблиці побудуйте графік залежності R = f(Т) .

Завдання 2.

6. Побудуйте графік залежності (2) , відкладаючи по осі абсцис значення 1/Т, а по осі ординат – значення ln R.

Дотримуйтеся правил побудови графіків!

7. За допомогою побудованого графіка визначить величину енергетичної щілини ΔW в - електрон-вольтах, приймаючи значення k = 8,61^.10 ^–5 еВ/К.

Дайте відповіді на запитання:

1.Чому домішкові напівпровідники мають достатньо високу провідність навіть при низьких температурах?

2. Чи існує діркова провідність в напівпровідниках п –типу, електронна в напівпровідниках р-типу?

3. В яких випадках, відомих Вам з практики, застосовуються термістори?

Лабораторна робота № 29.

Дослідження вольт-амперної характеристики селенового і германієвого випрямлячів.

Прилади та приладдя: селеновий стовпчик, германієвий діод, міліамперметр, вольтметр на15В, потенціометр на 500 Ом, джерело напруги на 24В, двополюсний перемикач, однополюсний перемикач.

Мета роботи: засвоїти використання напівпровідникових випрямлячів.

Коротка теорія і метод вимірювань

При контакті електронного (n-типу) і діркового (р-типу) напівпровідників у відсутність зовнішнього електричного поля між ними виникає контактна різниця потенціалів (рис.). В результаті дифузії в зустрічних напрямках через граничний шар дірки і електрони рекомбінують один з одним. В зв’язку з цим р- n–перехід виявляється збідненим на носії струму і набуває великого опору. Збіднення р-напівпровідника на дірки і n-напівпровідника на електрони призводить до того, що перший (р-типу) в пограничному шарі набуває негативного заряду і перешкоджає зустрічному рухові електронів, а другий (n-типу ) в такому ж шарі набуває позитивного заряду і в свою чергу перешкоджає зустрічному рухові дірок. Контактна різниця потенціалів, що утворилася, зв’язана з результуючим полем, що спрямоване так, як це показано на рис.1, а. При певному значенні запираючого поля Ез встановляється рівновага, дифузійний струм припиняється.

Подано на р- n-перехід зовнішнє електричне поле Е. Якщо поле Е співпадає за напрямком з власним запираючим полем Е_з (рис.1,б), то величина загального запираючого поля зростає, електрони і дірки ще більше віддаляються від області р-n-переходу, тим самим збільшуючи товщину шару. Різке зростання опору р-n-переходу призводить до того, що через перехід йтиме малий струм, котрий називається зворотнім струмом.

○○○○○○○○○○○○

У другому випадку зовнішнє поле Е спрямоване протилежно власному запираючому полю Ез (рис. 1, в). Під дією цього поля електрони в n -напівпровідникові і дірки в р-напівпровідникові будуть підштовхуватись до області контакту. Ширина запираючого шару зменьшується, опір р-n-переходу різко падає, через перехід іде великий струм, що називється прямим струмом.

x

+

-

+

-

+

●○

+

-

-

○○○○ ○○○○

○○○

○○○○

●●●●●●●●●●●

●●●●

+

+

●●●

●●

●●

○○

○

○○

○○

-

-

●●●●●●●●●●●●

●

○

+

-

E₃ E₃ E E₃ E

Рис.1а Рис.1б Рис.1в

В залежності від прикладеної напруги сила прямого та зворотного струму через перехід змінюється. Залежність сили струму від прикладеної напруги називається вольт-амперною характеристикою. Типова вольт-амперна характеристика р-n-переходу подана на рис. 2.

Як бачимо, р-n-перехід має випрямляючу дію, що застосовується у випрямлячах змінного струму: селенових, германієвих, кремнієвих та ін. Пропускним напрямком є напрямок від діркового напівпровідника до електронного. Зворотній струм значно менший за прямий.

В даній роботі вивчається вольт-амперна характеристика селенового і германієвого випрямлячів. Для знімання вольт-амперної характеристики збирають схему, подану на рис.3. В коло по черзі вмикають або селеновий, або германієвий випрямляч В. Двополюсний перемикач П дає можливість змінювати напрямок струму через напівпровідник.

В

I

U

имірювати струм в цьому випадку треба за допомогою міліамперметра. При перемиканні П на клеми 3-4 через випрямляч іде зворотній струм. Він значно менший, за прямий, а виміряти його можна за допомогою мікроамперметра. Напругу U на випрямлячі змінюють за допомогою потенціометра R і вимірюють вольтметром V.

Рис.2

П

1

П

2

○ 3

○ 4

K

+

_

R

Рис.3

орядок виконання роботи:

1. Зберіть схему, подану на рис.3 з селеновим випрямлячем. В схему ввімкніть міліамперметр з границею 100 мА і вольтметр на 15 В.

2. Установіть рухомий контакт потенціометра в положення, що відповідає найменшій напрузі.

3. Після перевірки схеми викладачем замкніть перемикачі К і П (останній - в положення 1-2). Підвищуючи напругу за допомогою потенціометра, зніміть відліки струму при напругах: для селенового випрямляча – від 0 через 1 В і вище, для германієвого – від 0 через 0,1 В і вище. Величина верхньої границі визначається максимальним струмом 100 мА.

4. Перемкніть П в положення 3-4 і впевніться, що зворотній струм міліамперметром неможливо виміряти.

5. Розімкніть К і П, замініть випрямляч селеновий на германієвий. Вольтметр включіть на границю 1,5-3 В, перемикач П – в положення 1 – 2. Зніміть прямий струм для означених вище значень напруги.

6. Впевніться , що міліамперметром неможливо виміряти зворотній струм.

7. За даними вимірювань побудуйте графіки вольт-амперних характеристик. При цьому по осі абсцис відкладайте напругу, а по осі ординат – струми.

U(В)	0	2	4	5	6	7	8	9	10	11
Селеновий випрямляч
I
Германієвий випрямляч
I

Дайте відповіді на запитання:

1. Чому на контакті р- і n-напівпровідників виникає контактна різниця потенціалів?

2. Які переваги напівпровідникових діодів перед ламповими?

3. В яких пристроях застосовуються випрямлячі змінного струму?

Лабораторна робота №30.