Теория вопроса и метод выполнения работы

Полупроводниковые приборы, обладающие рядом свойств, которые делают их применение предпочтительным перед вакуумными приборами, все более широко используются в электронной технике.

К полупроводникам относят многие химические элементы, такие, как кремний, германий, индий, фосфор и др., большинство оксидов, сульфидов, селенидов и теллуридов, некоторые сплавы, ряд минералов. По словам академика А. Ф. Иоффе, "полупроводники – это почти весь окружающий нас неорганический мир".

Полупроводники бывают кристаллические, аморфные и жидкие. В полупроводниковой технике обычно используют только кристаллические полупроводники (монокристаллы с примесями не более одного атома примеси на 1010 атомов основного вещества). Обычно к полупроводникам относят вещества, по удельной электрической проводимости, занимающие промежуточное положение между металлами и диэлектриками (отсюда происхождение их названия). При комнатной температуре удельная электрическая проводимость их составляет от 10-8 до 105 См/м (для металлов – 106-108 См/м, для диэлектриков – 10-8-10-13 См/м). Основная особенность полупроводников – возрастание удельной электрической проводимости при повышении температуры (для металлов она падает). Электропроводность полупроводников значительно зависит от внешних воздействий: нагревания, облучения, электрического и магнитного полей, давления, а также от содержания даже незначительного количества примесей. Свойства полупроводников хорошо поясняются с помощью зонной теории твердого тела.

Зонная теория объясняет полупроводниковые свойства твердых тел на основе одноэлектронного приближения и распределения электронных энергетических уровней в виде разрешенных и запрещенных зон. Энергетические уровни электронов, участвующих в ковалентной связи, образуют верхнюю из заполненных разрешенных зон (валентную зону). Далее по энергии разрешенная зона, уровни которой не заполнены электронами, – зона проводимости. Энергетический интервал между "дном" Ес (минимумом энергии) зоны проводимости и "потолком" Еv (максимумом) валентной зоны называется шириной запрещенной зоны (см. рис. 1). Для разных полупроводниковширина запрещенной зоны меняется в широких пределах.

Рис. 1. Распределение энергетических уровней в полупроводниках

 

Для выполнения данной лабораторной работы используется терморезистор ММТ-1 (рис. 2), который состоит из спрессованной и термически обработанной смеси порошкообразных оксидов металлов. Он имеет форму небольшого цилиндрического стержня 6 длиной 12 мм и диаметром 2 мм. На концы стержня надеты металлические колпачки с выводами, а боковая поверхность покрыта слоем эмалевой краски. Выводы терморезистора припаяны к двум медным проводкам 5; концы проволок подведены к двум винтовым зажимам 1, укрепленным на пластмассовой панели 2. В середине панели сделано отверстие, в которое вставлена картонная трубка 4, на верхний конец трубки надето резиновое кольцо 3, а на кольцо – стеклянная пробирка 7.

Рис. 2. Терморезистор

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

2. Соберите установку по схеме рисунка 3. Панель терморезистора укрепите в лапке штатива, а пробирку с терморезистором погрузите в стакан с водой комнатной температуры, установленный на электрической плитке. В пробирку вставить термометр. К зажимам резистора подключить омметр (перед подключением на омметре поставьте самый большой предел измерения).

 

, °С
, Ом                

 

Рис. 3.Установка для проведения опыта

 

3. Измерьте начальную температуру терморезистора (она равна температуре воды в стакане) и начальное сопротивление при комнатной температуре.

4. Произведите измерения сопротивления при температурах: 30, 40 °C и т.д. Занести полученные значения и в таблицу.

5. По данным таблицы постройте график зависимости сопротивления терморезистора от температуры. По оси абсцисс отложите температуру в градусах Цельсия, а по оси ординат – сопротивление в Ом.

Примечание. Наблюдения за показаниями приборов следует вести вдвоём: один записывает показания термометра, а другой параллельно снимает показания омметра.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте полученную зависимость сопротивления терморезистора от температуры.

2. Во сколько раз изменилось сопротивление терморезистора при его нагревании от 30 до 70 °С?

3. Быстро или медленно надо нагревать воду в стакане, чтобы получить более точный график зависимости сопротивления терморезистора от температуры?

4. Как, пользуясь терморезистором, омметром и полученным графиком, измерить неизвестную температуру воды в стакане?

5. Электронная и дырочная проводимость полупроводников.

6. Назовите области применения полупроводников.

 

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа № 5

ГРАДУИРОВКА ТЕРМОПАРЫ

Цель работы:экспериментально выяснить зависимость величины термо-э.д.с. от температуры.

Оборудование: термопара, милливольтметр (гальванометр) с чувствительностью В, штатив с муфтой и лапкой, колба химическая, термометр, электрическая плитка, соединительные провода.