- •Министерство сельского хозяйства российской федерации
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Изучение электростатического поля методом моделирования
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Фокусировка электронного луча и регулирование его положения на экране
- •3.2 Задание 2 Определение чувствительности осциллографа и чувствительности электроннолучевой трубки
- •3.3 Задание 3 Наблюдение формы различных сигналов и измерение входного напряжения
- •3.4 Задание 4 Получение фигур Лиссажу и определение частоты исследуемого сигнала
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Исследование p-n-перехода и определение параметров полупроводникового диода
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 Изучение принципа работы электронных ламп и определение характеристик вакуумного триода
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 7 Изучение электропроводности жидкостей и определение электрохимического эквивалента меди
- •1 Общие сведения
- •2 Описание лабораторной установки
- •3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Библиографический список
2 Описание лабораторной установки и вывод расчетной формулы
В комплект лабораторной установки входят: сушильный шкаф с исследуемым полупроводниковым резистором, цифровой омметр, соединительные провода.
Лабораторная установка схематически изображена на рисунке 2. Принцип действия установки описан в разделе 2 лабораторной работы №3.
Рисунок 2 Схема лабораторной установки: 1 - сушильный шкаф;
2 – термометр; 3 – исследуемый полупроводниковый резистор;
4 – цифровой омметр
В данной работе экспериментально определяется сопротивление R полупроводникового резистора, которое связано с его удельной электропроводностью , длиной l, площадью поперечного сечения S формулой:
. (9)
Подставляя (8) в (9) получим
. (10)
где - постоянная величина для данного полупроводника, .
Графиком зависимости сопротивления от температуры является убывающая экспонента, как на рисунке 3а. Прологарифмировав (10), получим:
. (11)
График зависимости от , изображенный на рисунке 3б, будет линейным с положительным угловым коэффициентом . По угловому коэффициенту в данной работе можно определить ширину запрещенной зоны (энергию активации):
, (12)
Рисунок 3 Примерные графики зависимости: а - ;
б -
3 Порядок выполнения работы и требования к оформлению результатов
3.1 При подготовке к лабораторной работе необходимо составить конспект по одному из учебников, указанных в библиографическом списке:
- для инженерных специальностей: С. 242-250 /2/, С. 450-456 /3/, С. 610-615 /4/;
- для неинженерных специальностей: С. 320-326 /5/.
3.2 Подключить исследуемый полупроводниковый резистор к цифровому омметру.
3.3 Включить омметр в электрическую сеть, термометром определить комнатную температуру и измерить соответствующую величину сопротивления полупроводникового резистора (с точностью до 1 кОм) при комнатной температуре.
3.4 Включить в электрическую сеть сушильный шкаф с исследуемым полупроводниковым резистором и измерить величину его сопротивления (с точностью до 1 кОм) через каждые 10 С, изменяя температуру от 30 С до 100 С. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1 Результаты измерений и расчетов зависимости сопротивления полупроводника от температуры
№ измерения |
Результаты измерений и расчетов |
||||||||
, |
, |
, кОм |
K |
, Дж |
, эВ |
погрешность |
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||
- |
|
|
|
|
|
||||
n |
|
|
|
|
|
3.5 Выключить приборы.
3.6 Построить на миллиметровой бумаге график зависимости , как на рисунке 3а, откладывая по оси абсцисс абсолютную температуру (рекомендуемый масштаб 10 К/см), а по оси ординат сопротивление (рекомендуемый масштаб 50 кОм/см).
3.7 Построить на миллиметровой бумаге график температурной зависимости , как на рисунке 3б, откладывая по оси абсцисс (рекомендуемый масштаб 0,0005 ), а по оси ординат логарифм величины сопротивления (рекомендуемый масштаб 0,1 ). Прямую провести так, чтобы примерно половина экспериментальных точек находилась над линией, а половина под ней.
3.3 Выбрать на полученной прямой две точки: первую – ближе к началу графика, вторую – ближе к концу (рисунок 3б). Определить по графику для этих точек величины: , и , . Определить угловой коэффициент прямой по формуле:
. (13)
3.4 Вычислить среднюю энергию активации электрона по формуле (12) в Дж и в эВ.
3.5 Определить погрешность , руководствуясь методическими указаниями по анализу погрешностей /6/.
3.6 Определить погрешность определения энергии активации по формуле:
, (14)
где =(1,38±0,005)∙10-23 - постоянная Больцмана.
3.7 Представить результаты расчета энергии активации в виде:
.
3.8 Сделать выводы, и по справочнику для полупроводников определить материал по его ширине запрещенной зоны.