Экспериментальная установка и методика измерений

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 12

Установка для изучения p-n –перехода представлена на рис.18.3 и состоит из объектов исследования и измерительного устройства. Объект исследования выполнен в виде единого устройства 1, в котором установлены три диода и переключатель исследуемых образцов. Кнопка КН1 на измерительном устройстве предназначена для установки полярности напряжения, подаваемого на диод. Полярность фиксируется светодиодом – «прямая» или «обратная» характеристика. Кнопка КН2 переключает режим работы – снятие вольтамперной (ВАХ) или вольтфарадной (BAХ) характеристик. Кнопками «+» и «–» устанавливается величина необходимого напряжения. Кнопка КН3 предназначена для установки напряжения на нулевое значение.

Индикация величины регулируемого напряжения осуществляется измерителем напряжения (рис.18.3), а измерение силы тока – измерителем тока. Выбор режима измерения тока (мА, мкА) осуществляется автоматически.

Установка позволяет измерить электрическую ёмкость p-n –перехода. Воспользуемся формулой ёмкости плоского конденсатора:

, (18.3)

где – электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость полупроводника, l – толщина слоя объемного заряда p-n –перехода, S – площадь контакта p – и n –областей. Толщина слоя объёмного заряда равна:

, (18.4)

где – контактная разность потенциалов в p-n –переходе, – приложенное к p-n –переходу внешнее напряжение, а и – концентрации основных носителей заряда в n – и p –областях соответственно. Измерив ёмкость p-n –перехода при прямом и обратном внешнем напряжении, найдём их отношение из (18.3) и (18.4):

, (18.5)

откуда можно найти величину контактной разности потенциалов

. (18.6)

Порядок выполнения работы

Задание 1. Снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) p-n –перехода.

1. Ознакомиться с установкой.

2. Включить установку в сеть. Сетевой тумблер находится на задней панели.

3. Переключателем на устройстве 1 (рис.18.3) установить исследуемый диод (по заданию преподавателя).

4. Переключателем КН2 выбрать режим работы «ВАХ».

5. Переключателем КН1 выбрать режим снятия прямой характеристики.

6. Кнопками «+» и «–» установить требуемую величину напряжения (см. табл.18.1).

7. Записать в табл.18.1 соответствующую силу тока.

Таблица 18.1

8. Устанавливая требуемые значения напряжения кнопками «+» и «–», записывать соответствующие значения силы тока.

9. Нажатием кнопки КН3 установить нулевое напряжение.

10. Переключателем КН1 выбрать режим снятия обратной характеристики.

11. Повторить измерения по пунктам 6÷9, данные записывать в табл.18.2.

12. Построить график зависимости I = f (U) – ВАХ исследуемого диода; при этом прямые напряжение и ток считать положительными, обратные – отрицательными.

Внимание! Следите за индикацией размерности на измерителе тока.

Таблица 18.2

Задание 2. Снятие вольтфарадной характеристики (ВФХ) и определение контактной разности потенциалов в p-n –переходе.

1. Переключателем на устройстве 1 (рис.18.3) установить диод КД226.

2. Переключателем КН2 выбрать режим работы «ВФХ».

3. Переключателем КН1 выбрать режим снятия прямой характеристики.

4. Кнопками «+» и «–» установить требуемую величину напряжения (см.табл.18.3).

5. Записать в табл.18.3 соответствующую ёмкость.

Таблица 18.3

6. Устанавливая требуемые значения напряжения (см. табл.18.3) кнопками «+» и «–», записывать соответствующие значения ёмкости.

7. Нажатием кнопки КН3 установить нулевое напряжение.

8. Переключателем КН1 выбрать режим снятия обратной характеристики.

9. Повторить измерения по пунктам 4÷7 задания 2, данные записывать в табл.18.3.

12. Построить график зависимости С = f (U) – ВФХ исследуемого диода; при этом прямое напряжение считать положительным, обратное – отрицательным.

Таблица 18.4

13. Выбрав любую пару значений ёмкости при прямом и при обратном включении С _пр. и С _обр, по формуле (18.6) вычислите контактную разность потенциалов U _к. При подстановке соответствующих значений U _пр. и U _обр. помните, что в формуле (18.6) используется модуль обратного напряжения.

14. Повторите вычисления U _к ещё с четырьмя парами значений ёмкостей С _пр. и С _обр.

15. Определите среднее значение U _к и оцените его погрешность Δ U _к.

16. Все данные запишите в табл.18.4.

17. Сделайте выводы.

Контрольные вопросы

1. Объясните формирование энергетических зон в полупроводнике.

2. Объясните различие между металлами, диэлектриками и полупроводниками с точки зрения структуры энергетических зон.

3. Что такое собственный полупроводник? Как возникает проводимость в собственном полупроводнике? Почему с ростом температуры проводимость полупроводника возрастает?

4. Что такое примесный полупроводник? Объясните механизм проводимости в донорном (n –типа) и акцепторном (р –типа) полупроводнике.

5. Что такое p-n –переход? Объясните природу образования объёмного заряда.

6. Объясните физические процессы, происходящие в p-n –переходе. Что происходит при прямом и обратном включении?

7. Запишите и объясните формулу ВАХ для прямого направления тока.

8. Как Вы понимаете «прямое» и «обратное» направление тока?

9. Применение p-n –перехода в технике.

Используемая литература

[1] §§ 44.3, 44.4;

[2] § 40.6;

[3] § 4.54;

[6] §§ 42, 43, 45;

[7] §§ 249, 250.

Библиографический список

1. Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – М.: Высш. шк., 1989. – 500 с.

2. Калашников, Н.П. Основы физики: учебник для вузов: в 2-х т. / Н.П. Ка‑
лашников, М.А. Смондырев. – 2-е изд., перераб. – М.: Дрофа, 2003. Т. 1. –
400 с.; Т. 2. – 432 с.

3. Лозовский, В.Н. Курс физики: учебник для вузов: в 2-х т. / под ред. В.Н. Лозовского. – СПб.: Лань, 2000. – Т. 1-676 с.; Т. 2. – 592 с.

4. Савельев, И.В. Курс физики: учеб.: в 3-х т. / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – Т. 1. – 352 с.

5. Савельев, И.В., Курс физики: учеб.: в 3-х т. / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – Т. 2. – 480 с.

6. Савельев, И.В., Курс физики: учеб.: в 3-х т. / И.В. Савельев. – М.: Наука, 1989. – Т. 3. – 304 с.

7. Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: Высш. школа, 1999. – 542 с.

Учебное издание

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности