Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Исследование полупроводников. Практикум
.pdf
61
3. Вращением декадных рукояток установить на мага-
зине сопротивлений первое нагрузочное сопротивление R;
занести значение U в табл. 3. Продолжая увеличивать сопротивление R, заносить соответствующие значения R и U в
табл. 3.
4. Выключить установку, надеть на фотоэлемент защит-
ный колпачок.
Задание 1. Определение оптимального сопротивления
нагрузки
опт
R
, оптимальной мощности
m
P
и значения КПД.
1. Рассчитать значение освещенности E и занести его в
табл. 2,
2
r
J
E
.
2. Рассчитать и занести в табл. 3 значения мощности P,
соответствующие сопротивлению нагрузки R,
2
U
P
R
.
3. Построить график зависимости
)(RfP
.
4. По графикам определить значения
m
P
и
опт
R
; занести
их в табл. 2.
5. Рассчитать КПД фотоэлемента:
100% 100%
тт
РР
Ф А Е S А
.
Задание 2. Определение фотоЭДС и внутреннего со-
противления фотоэлемента r.
1. Записать в табл. 4 шесть значений напряжения U из
центральной части табл. 3.
2. Используя соответствующие значения R из табл. 3,
рассчитать значения фототока I:
U
IR
.
62
3. По указанию преподавателя выбрать сочетания m и
n
и записать их в табл. 4.
4. Для каждого сочетания m и n рассчитать по форму-
ле (5) значения внутреннего сопротивления фотоэлемента, а
затем по формуле (3) или (4) – значение фотоЭДС.
Например,
1m, 5n
,
15
51
II
UU
r
,
rIU
55
.
5. Рассчитать
,,,,, rrr
.
6. Записать окончательный результат в виде:
,
rrr
.
7. Сравнить значения
опт
R
и r из табл. 2:
%100
r
Rr
r
опт
теор
.
8. Сделать выводы о соответствии теории и эксперимента.
Таблица 4
Результаты расчетов задания 2
№
ВU,
,I А
m
, n
Омr,
Омr,
r
В,
В,
1
2 3
4 5
6
Среднее значение
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой p-n-переход?
2. Объясните и проиллюстрируйте образование запира-
ющего слоя p-n-перехода. Что представляют собой запирающий слой?
63
3. Что такое прямой ток p-n-перехода? Обратный?
4. Начертите вольт-амперную характеристику p-n пере-
хода.
5. Что такое внутренний фотоэффект? Поясните меха-
низм его возникновения с помощью рисунков.
6. Что такое фотопроводимость?
7. Что представляет собой красная граница фотопрово-
димости? Какой формулой она определяется для собственных
и примесных полупроводников?
8. Что такое вентильный фотоэффект?
9. Что такое фотоЭДС? Какие носители ее обеспечивают?
10. Движением каких носителей обусловлен фототок?
11. Как зависит фотоЭДС от светового потока? Изобра-
зите эту зависимость графически.
12. Что такое полупроводниковый фотоэлемент?
13. Изобразите вольт-амперную характеристику фото-
элемента. Укажите на ней точки, соответствующие току короткого замыкания и фотоЭДС.
64
Лабораторная работа Э33
ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ФОТОЭЛЕМЕНТА
Цель работы: исследование вольтамперных характери-
стик фотоэлемента при различных освещенностях p-nперехода; определение фотоЭДС и внутреннего сопротивления фотоэлемента.
Оборудование: фотоэлемент, осветительное устройство
с лампой накаливания, магазин сопротивлений, потенциометр,
два вольтметра, соединительные провода.
Теоретический материал изложен в разделе «Вентиль-
ный фотоэффект. Фотоэлементы и солнечные батареи».
Описание экспериментальной установки
Принципиальная схема экспериментальной установки
представлена на рис. 1 лабораторной работы Э32.
Исследуемый фотоэлемент 1 освещается параллельным
пучком света, формируемым осветительным устройством 2;
источник света – лампа накаливания. Потенциометр 3 позволяет изменять напряжение накала спирали лампы, а вольтметр
4 – измерять его. Предел измерения вольтметра – 20 В (переменного тока), используются гнезда «com» и «V». Напряжение
накала определяет силу света лампы J. При выполнении работы расстояние между лампой и фотоэлементом не изменяется.
В качестве нагрузки используется магазин сопротивлений 5;
падение напряжения на нагрузке измеряют вольтметром 6
с пределом измерения 2 В (постоянного тока). Гнезда вольтметра «com» и «V» соединяются соответственно с клеммами
«0» и «max» магазина сопротивлений.
65
Порядок выполнения работы
1. Включить установку в сеть и снять защитный колпа-
чок с фотоэлемента.
2. С помощью потенциометра 3 установить первое из
указанных в табл. 1 напряжений накала спирали лампы
Н
U
.
3. Вращением декадных рукояток установить на мага-
зине сопротивлений нагрузочное сопротивление R, при котором
0,05U В
; занести значения R и U в табл. 2. Увеличи-
вая сопротивление R, заносить соответствующие значения R
и U в табл. 2. При этом значения U должны возрастать с шагом 0,05 В.
4. Повторить пп. 2 и 3 для двух других значений
H
U
из
табл. 1.
5. Выключить установку, надеть на фотоэлемент защит-
ный колпачок.
Таблица 1
Результаты расчетов задания 1
№
BU
H
,
кдJ,
лм,
B,
..
,
кз
I А
,r Ом
1
2
3
7,5
6,5
5
12
6
2
Задание 1.
1. Рассчитать и занести в табл. 1 значения светового потока :
S
r
J
2
,
где J – сила света источника;
мr 14,0
– расстояние между
источником света и фотоэлементом;
23
10 мS
– пло-
щадь освещаемой поверхности фотоэлемента.
66
2. Для каждого светового потока рассчитать и зане-
сти в табл. 2 значения тока I:
R
U
I
.
3. По данным табл. 2 на одних координатных осях
построить вольт-амперные характеристики фотоэлемента
)(UfI
обр
для трех значений светового потока (см.
рис. 15 раздела «Вентильный фотоэффект»).
Таблица 2
Результаты эксперимента и расчетов задания 1
лм,
№ п/п
1 2 3 4 5 6 7
8
ОмR,
ВU,
,I А
ОмR,
ВU,
,I А
ОмR,
ВU,
,I А
4. По графику для каждого значения определить и
записать в табл. 1 значение фотоЭДС (
..хх
U
) и ток корот-
кого замыкания
.. зк
I
; рассчитать и занести в табл. 1 значения
внутреннего сопротивления фотоэлемента r:
..кз
r
I
.
5. По данным табл. 1 построить график зависимости
)( f
, сравнить его с рис. 13 (см. раздел «Вентильный фо-
тоэффект»).
67
6. Из анализа табл. 1 сделать вывод о зависимости ,
.. зк
I
и r от светового потока.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой p-n-переход?
2. Объясните и проиллюстрируйте образование запира-
ющего слоя p-n-перехода. Что представляет собой запирающий слой?
3. Что такое прямой ток p-n-перехода? Обратный?
4. Начертите вольт-амперную характеристику p-n пере-
хода.
5. Что такое внутренний фотоэффект? Поясните меха-
низм его возникновения с помощью рисунков.
6. Что такое фотопроводимость?
7. Что представляет собой красная граница фотопрово-
димости? Какой формулой она определяется для собственных
и примесных полупроводников?
8. Что такое вентильный фотоэффект?
9. Что такое фотоЭДС? Какие носители ее обеспечивают?
10. Движением каких носителей обусловлен фототок?
11. Как зависит фотоЭДС от светового потока? Изобра-
зите эту зависимость графически.
12. Что такое полупроводниковый фотоэлемент?
13. Изобразите вольт-амперную характеристику фото-
элемента. Укажите на ней точки, соответствующие току короткого замыкания и фотоЭДС.
68
Лабораторная работа Э38
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИХ КРИВЫХ
СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ
Цель работы: исследование вольт-амперных характери-
стик солнечной батареи, зависимости фотоЭДС и фототока от
светового потока.
Оборудование: солнечная батарея (СБ), люксметр,
нагрузочное сопротивление R (магазин сопротивлений), вольтметр V, осветительная лампа, ЛАТР (лабораторный автотрансформатор регулируемый).
Описание экспериментальной установки
Электрическая схема экспериментальной установки
представлена на рис. 1.
Рис. 1
Исследуемую солнечную батарею рекомендуется устанавливать таким образом, чтобы она была полностью равномерно освещена светом. Батарея освещается лампой 1; напряжение на лампе изменяется с помощью ЛАТРа, подключенного
к сети. С ростом напряжения увеличивается мощность лампы
и освещенность Е солнечной батареи (т.е. световой поток Ф);
площадь светопоглощающего слоя батареи S = 0,16 м2. Освещенность определяется с помощью люксметра, укрепленного
в центре батареи. В качестве нагрузки R используется магазин
сопротивлений; падение напряжения на нагрузке измеряют
вольтметром V с пределом измерения 20 В (постоянного тока).
Гнезда вольтметра «com» и «V» соединяются соответственно
с клеммами «0» и «max» магазина сопротивлений.
69
Порядок выполнения работы
1. Плоскость солнечной батареи должна быть располо-
жена вертикально.
Установить лампу на расстоянии не менее
0,6м
от СБ таким образом, чтобы свет падал перпендикулярно поверхности батареи, а центр лампы находился на одном горизонтальном уровне с центром батареи. При этом поверхность
СБ освещается достаточно равномерно. Укрепить люксметр в
центре СБ.
2. Подключить ЛАТР к сети, включить лампу.
3. Записать в табл. 1 рекомендуемые значения освещен-
ности Е: для СБ М30 – 1700 лк, 1300 лк, 900 лк.
4. Расcчитать и занести в табл. 1 и 2 соответствующие
значения Ф = ES, S = 0,16 м2.
Таблица 1
Результаты расчетов заданий 1 и 2
№
Е,
лк
,
лм
,
B
..
,
кз
I
А
,r
Ом
,
А/ лм
,
А/ лм
,
%
1
2
3
Среднее значение
Таблица 2
Результаты эксперимента и расчетов задания 1
лм,
№ п/п
1 2 3 4 5 6 7
8
ОмR,
ВU,
,I А
ОмR,
ВU,
,I А
ОмR,
ВU,
,I А
70
5. Изменяя с помощью ЛАТРа напряжение на лампе,
установить первое из рекомендуемых значений освещенности.
6. Вращением декадных рукояток установить на мага-
зине сопротивлений нагрузочное сопротивление R, при котором
ВU 21
; увеличивать напряжение с шагом 2 В.
Увеличивая сопротивление R, заносить соответствующие значения R и U в табл. 2. Последнее значение R должно
быть равно 99900 Ом (
R
).
7. Повторить пункт 6 для двух других значений осве-
щенности из табл. 1.
8. Выключить установку.
Задание 1. Исследование вольтамперных характеристик солнечной батареи.
1. Для каждого светового потока Ф рассчитать и занести
в табл. 2 значения тока:
R
U
I
.
2. По данным табл. 2 на одних координатных осях по-
строить вольт-амперные характеристики батареи
()I f U
для
трех значений светового потока Ф.
3. По графику для каждого значения Ф определить и
записать в табл. 1 значение фотоЭДС (
..хх
U
) и ток корот-
кого замыкания
.. зк
I
; рассчитать и занести в табл. 1 значения
внутреннего сопротивления батареи r:
..кз
r
I
.
4. По данным табл. 1 построить график зависимости
()f Ф
, сравнить его с рис. 13 (см. раздел «Вентильный фо-
тоэффект»).
5. Из анализа табл. 1 сделать вывод о зависимости ,
.. зк
I
и r от светового потока.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]