ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«БИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СОЦИАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра общей физики и методики обучения физике

ИНСТРУКЦИЯ

к лабораторной работе № 20

Электрический ток в полупроводниках

Лабораторная работа №20

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

Инструкция по выполнению работы

Цель работы: Научиться разрабатывать экспериментальные установки, проводить опыты по теме «Электрический ток в полупроводниках».

Задание 1. Изучите по школьному учебнику тему «Электрический ток в полупроводниках» (10 класс). Повторите основные знания, которые должны быть усвоены учащимися в этой теме и выпишите в тетрадь формулировки суждений, относящихся к опытам, перечисленным в задании 3.

Задание 2. Изучите по описаниям и инструкциям следующие приборы:

1. Набор полупроводниковых приборов, включающий:

• терморезистор;

• фоторезистор;

• термоэлемент;

• фотоэлемент;

• диод;

• транзистор;

2. реле поляризованное.

Задание 3. Разработайте принципиальные схемы и смонтируйте с помощью имеющихся приборов экспериментальные установки для следующих опытов:

1. зависимость сопротивления полупроводников от температуры;

2. зависимость сопротивления полупроводников от освещенности;

3. действие полупроводникового термоэлемента;

4. действие полупроводникового фотоэлемента;

5. усилительное действие транзистора;

6. работа термореле и фотореле.

Задание 4. Подготовьтесь к проведению экспериментов с собранными ЭУ по следующему плану:

1. Цель эксперимента;

2. Разработка метода эксперимента;

3. Проектирование и конструирование ЭУ (или описание готовой ЭУ);

4. Составление плана проведения эксперимента;

5. Анализ полученных результатов;

6. Формулирование вывода из опыта;

7. Формулирование эмпирического вывода;

8. Теория эксперимента.

Задание 5. Подготовьте письменный отчет по выполнению лабораторной работы, включив в него:

1. Название работы; Цель работы;

2. Результаты выполнения задания №1 в форме таблицы:

Название опыта	Формулировки суждений

3. Краткое описание приборов, используемых в работе, в форме таблицы:

Название и рисунок прибора	Эксплуатационные характеристики и особенности (кратко)

4. Описание экспериментов по указанному в задании 4 плану с рисунками ЭУ.

Описания приборов, используемых в теме

Н абор полупроводниковых приборов (рис.1а,1б) предназначен для демонстрации основных свойств полупроводников.

Рис.1а Рис.1б

В комплект набора входят терморезистор ММТ-4 (рис.2а, 2б), фоторезистор ФСК-1 (рис.3), термоэлемент (рис.4), фотоэлемент (рис.5), два диода Д7 (рис.6), транзистор П15 (рис.7), Каждый из полупроводниковых приборов смонтирован на отдельной металлической панели и соединён проводниками с контактными зажимами.

Диоды и транзистор смонтированы на фоне их схематического изображения. Каждую панель с помощью скобы крепят на штанге универсального штатива.

Терморезистор типа ММТ-4 * (герметизированный) (рис.2а,2б) рассчитан на использование в условиях повышенной влажности и даже в жидкостях.

Р ис.2а Рис 2б

Основные его параметры следующие: сопротивление при 20°С — 10—12 кОм; температурный коэффициент сопротивления от —2,4 до +3,4 % на 1°С; интервал рабочих температур — минус 70 плюс 120° С; максимально допустимая мощность рассеивания 0,4 Вт; по­стоянная времени в воздухе 115 сек.

Терморезистор смонтирован на разъемной панели. На нижней съемной части (рис.2а) в пластмассовой оправе укреплен нагреватель в виде проволочной спирали сопротивлением 4 Ом. При соединении этой части панели терморезистор оказывает­ся внутри спирали. Выводы от проволочной спирали подведены к двум контактным зажимам универсального типа. При проведении опытов к ним подключается низкое напряжение (4—6 В) через од­нополюсный рубильник и реостат. Нагрев терморезистора при снятом проволочном нагревателе может производиться вблизи пла­мени спиртовки или от другого источника тепла.

На верхней части панели (рис. 2б) в пластмассовой стойке за­креплен терморезистор. Выводы от терморезистора герметизиро­ваны и через изолирующую стойку подведены к левому и среднему контактным зажимам.

Между средним и правым контактными зажимами включено дополнительное сопротивление 1,3 кОм, предназначенное для огра­ничения тока, проходящего через терморезистор. При разогреве терморезистора ток, проходящий по нему, может чрезмерно возра­сти и при отсутствии добавочного сопротивления вывести прибор из строя.

Фоторезистор типа ФСК-1 *(рис.3) состоит из светочувствительного слоя полупроводника толщиной около 1 мкм, нанесенного на стеклянную пластинку. Имеет темновое сопротивление более 10⁷ Ом и идеальную чувствительность 3000 мкА.

На поверхность по­лупроводника нанесены токонесущие электроды, изготовленные из благородного металла. Максимальное рабочее напряжение равно 400 В, мощность рассеивания в ре­жиме непрерывной работы не должна превышать 0,1 Вт.

Р ис.3

Размеры светочувствительной площади весьма малы (около 30 мм²), поэтому и габаритные размеры фоторезистора незначи­тельны.

Чувствительный к свету элемент вмонтирован в пластмассовый корпус со штырьками, рассчитанными для включения в специаль­ную панель.

Термоэлемент (рис. 4) состоит из двух полупроводниковых элементов с отрицательной (электронной) и положительной (дырочной) проводимостью

Полупроводник с электронной проводимостью представляет со­бой сплав висмута, теллура и селена, а полупроводник с дырочной проводимостью — сплав висмута, теллура и сурьмы.

Полупроводниковые элементы в виде брусков сверху соедине­ны медной пластинкой, а со стороны нижних граней припаяны к массивным медным пластинкам — радиаторам, предназначенным для отвода тепла н поддержания необходимой разности температур при работе термоэлемента.

В ерхняя медная пластина и радиаторы присоединены к трем контактным зажимам. У крайних зажимов обозначена полярность включения термоэлемента с отрицательной (электронной) проводи­мостью, нанесено обозначение n, а на пластине радиатора элемен­та с положительной (дырочной) проводимостью — знак p.

Р ис.4 Рис.5

Фотоэлемент селеновый (рис.5) имеет фотоактивную площадь 10 см² , установлен на панели с двумя контактными зажимами, у которых имеется обозначение полярности. Фоторезистор ФСК-1 имеет темновое сопротивление порядка 10⁷ Ом.

У зажимов имеются обозначения полярности включения фото­элемента.

Рис.6 рис.7

Диоды плоскостные германиевые типа Д7 (рис.6) характеризуются номинальным номинальным выпрямленным током в 300 мА и наибольшей амплитудой обратного напряжения 300— 400 В. Использование диодов при тем­пературе свыше 70° С не допускается.

Диоды конструктивно оформлены в цельнометаллическом сварном корпусе, благодаря чему они обладают повышенной проч­ностью.

В описываемом наборе два плоскостных диода типа Д7 незави­симо смонтированы на одной панели на фоне их схематического изображения. Выводы от диодов подведены к двум парам контактных зажимов с обозначением полярности включения в про­пускном направлении.

Транзистор типа П-15 (рис.7) имеет следую­щие параметры: коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером составляет в среднем 50; граничная частота усиливае­мых колебаний 2 мГц; сопротивление базы не более 150 (Ом; номи­нальное напряжение на коллекторе минус 5 В; номинальный ток коллектора 10 мА; допустимый ток эмиттера 10 мА; допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе, 150 мВт,

В режиме усиления и генерирования на базу должно подавать­ся отрицательное смещение около 0,1 В.

В набор полупроводников может входить транзистор другого типа, близкий по параметрам к П-15. Транзистор типа П-15 является сплавным плоскостным герма­ниевым триодом с проводимостью типа р—п—р. На тонкую пла­стину кристалла германия с обеих сторон наложены и вплавлены две навески индия. К индиевым навескам и пластине кристалла германия припаяны металлические выводы, являющиеся эмиттером, коллектором и базой транзистора.

Прибор конструктив­но оформлен в сварном металлическом корпусе небольшого раз­мера. Транзистор смонтирован на панели на фоне его схематического изображения. Выводы транзистора подведены к трем кон­тактным зажимам универсального типа, имеющим соответствую­щие обозначения.

Реле поляризованное