- •Электричество и магнетизм
- •Введение
- •Правила техники безопасности при работе с электрическими приборами и схемами
- •Основные электроизмерительные приборы физической лаборатории
- •Основные системы электроизмерительных приборов
- •1. Магнитоэлектрическая система
- •2. Электромагнитная система
- •3. Электродинамическая система
- •4. Индукционная система
- •5. Тепловая система
- •6. Электростатическая система
- •7. Вибрационная система
- •Определение диэлектрической проницаемости твердого диэлектрика
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Перепишем соотношение (2.7) в виде
- •Так как объемная плотность энергии электрического поля
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Определение удельного сопротивления проводника
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение температурной зависимости сопротивления металлов и полупроводников
- •Теоретическое введение
- •Полупроводники
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •К онтрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение зависимости мощности и кпд источника тока от величины нагрузки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Приборы и оборудование: ип – источник питания, фпэ-06 – модуль “Определение работы выхода”, pv – вольтметр (прибор ф-214 1/2), pa – амперметр (прибор ф-214 1/4). Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Принципиальная электрическая схема
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •М етодика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Проверка закона Био-Савара-Лапласа и определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля короткой катушки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение магнитного поля постоянного магнита
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •2. Измерение тока проводить до 20 мА. Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 2-15 Изучение эффекта Холла в полупроводнике
- •Теоретическое введение
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Приборы и оборудование: звуковой генератор гс-118 (pq, рис.16.7 и 16.8), электронный осциллограф с1-150 (ро), модуль “явление гистерезиса” фпэ–07. Экспериментальная установка и методика измерений
- •По закону Фарадея эдс индукции по вторичной обмотке
- •Из выражения (16.15) и (16.16) получаем
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение электрических процессов в простых линейных цепях при действии гармонической электродвижущей силы (фпэ-09)
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Изучение явления резонанса в колебательном контуре
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки и методика эксперимента
- •Зарядка установки
- •Методика определения ёмкости установки
- •Методика определения ёмкости проводника (шара)
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
Полупроводники
Определим концентрацию носителей заряда в полупроводнике. Электроны в зоне проводимости и свободные места в валентной зоне возникают в полупроводнике за счет теплового движения решетки кристалла. Вероятность передачи атому энергии g от тепловых колебаний кристаллической решётки пропорциональна . Скорость образования свободных мест в валентной зоне также пропорциональна этой величине. Свободные места называют "дырками". Это, по сути дела, есть разорванные электронные связи между атомами кристалла. Покинутый электроном атом перестает быть нейтральным, на нем возникает избыточный положительный заряд (+e). Этот заряд приписывается разорванной валентной связи или свободному месту в валентной зоне, то есть введенной фиктивной частице (квазичастице) – дырке. Под действием электрического поля на свободное место в атоме может перейти один из связанных электронов соседних атомов. Эта связь восстановится, но одновременно образуется новая разорванная связь (дырка) в соседнем атоме. То есть движение всей совокупности электронов в почти заполненной валентной зоне полупроводника можно заменить движением пустых мест или квазичастиц – дырок. Электроны в зоне проводимости и дырки в валентной зоне возникают парами, то есть концентрация электронов n равна концентрации дырок: p=n. Скорость их генерации равна
, (5.10)
где – коэффициент, различный для разных полупроводников.
Одновременно с генерацией электронно-дырочных пар идет обратный процесс – рекомбинация. При встрече электрон и дырка исчезают, то есть рекомбинируют, восстанавливается разорванная валентная связь, исчезает пустое место в валентной зоне. Скорость рекомбинации r должна быть пропорциональна произведению концентраций электронов и дырок, и так как n=p , то
r=np=n2=p2. (5.11)
В состоянии равновесия g=r, тогда
= n2 = p2 ,
а равновесная концентрация
, (5.12)
или:
, (5.13)
где n0 и p0 – концентрации, соответствующие условию T .
Чистые (беспримесные) полупроводники, в которых равновесные носители заряда возникают за счет переходов электронов из валентной зоны в зону проводимости, называются собственными. Соответственно, для концентрации и проводимости таких полупроводников имеем названия собственная концентрация и собственная проводимость. При этом собственная проводимость обусловлена направленным движением электронов и дырок во внешнем электрическом поле.
В собственном полупроводнике полный ток складывается из тока электронов и тока дырок, концентрации которых одинаковы (n=p):
(5.14) Подвижности электронов и дырок зависят от температуры, но эти слабые зависимости маскируются более сильной температурной зависимостью концентрации носителей (5.13). Поэтому для полупроводника можно записать удельную электропроводимость п/пр, удельное сопротивление п/прр и сопротивление Rп/пр следующим образом:
(5.15)
(5.16)
(5.17)
Здесь температура Т в градусах Кельвина; 0, 0 и R0 - значения параметров, полученные при экстраполяции температуры Т. Таким образом, сопротивление полупроводников очень сильно (экспоненциально) зависит от температуры: с ростом температуры резко возрастает концентрация свободных носителей тока – электронов и дырок – при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимости за счет энергии теплового движения, поэтому сопротивление полупроводника уменьшается.
Зависимости (5.15), (5.16) и (5.17), построенные в координатах lnпр=f(1/T), lnпр=f(1/T) и lnRпр=f(1/T), являются прямыми (рис.5.3).
По угловому коэффициенту этих прямых можно определить ширину запрещенной зоны (энергию активации g) полупроводника. Например, для уравнения (5.17) имеем:
, (5.18)
откуда получим:
. (5.19)