TT 29, POLITECHNIKA RZESZOWSKA BUDOWNICTWO, II SEMESTR, FIZYKA, SPRAWOZDANIA, Sprawka z innych lat zachomikowane, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]Do wglądu nie drukować!!!
I TD 10.10.2006
Laboratorium z fizyki
Ćw. nr : 29
Zdejmowanie charakterystyki diody półprzewodnikowej
Tomasz Wojnar
L 5
Do wglądu nie drukować!!!
1
Do wglądu nie drukować!!!
1. Wstęp teoretyczny
Półprzewodniki są to substancje zachowujące się w pewnych warunkach tak jak
dielektryk, czyli przedmiot nieprzewodzący prądu elektrycznego, ze względu na brak
wolnych elektronów, a w pewnym zakresie półprzewodnik staje się przewodnikiem, czyli
posiada małą oporność i wolne elektrony, które umożliwiają przepływ prądu elektrycznego.
Istota przewodnictwa elektrycznego w półprzewodnikach polega na przemieszczaniu się
elektronów swobodnych pod wpływem pola elektrycznego.
Ważną cechą półprzewodników jest to, że ich zdolność przewodzenia zależy od wielu
czynników, w tym głównie od zawartości domieszek i temperatury.
Typowymi materiałami na półprzewodniki są: krzem, german.
Mechanizm przepływu prądu przez półprzewodnik na przykładzie kryształu germanu:
German: pierwiastek czterowartościowy. W krysztale germanu każdy atom jest związany w
przestrzennej siatce krystalicznej z czterema jednakowo oddalonymi atomami. (Takie
wiązanie nazywa się wiązaniem kowalencyjnym, a elektrony- elektronami walencyjnymi.) W
krysztale czystego germanu, w temperaturze zbliżonej do zera bezwzględnego wszystkie
elektrony walencyjne biorą udział w wiązaniach międzyatomowych. Oznacza to, że w
krysztale tym nie ma elektronów swobodnych i umieszczenie go w polu elektrycznym nie
spowoduje przepływu prądu.
Wraz ze wzrostem temperatury kryształu energia cieplna jest magazynowana przede
wszystkim w postaci energii drgań atomów. Część elektronów walencyjnych otrzymuje
energię dostateczną do przezwyciężenia sił powiązań z atomami. W rezultacie pojawiają się
elektrony swobodne, a w miejscach zwolnionych przez elektrony- tzw. dziury.(Elektrony
swobodne są ładunkami ujemnymi, a dziury zachowują się jak ładunki dodatnie.) W krysztale
czystego pierwiastka liczba elektronów swobodnych jest zawsze równa liczbie dziur. Z
chwilą umieszczenia rozpatrywanego kryształu w polu elektrycznym następuje
uporządkowany ruch elektronów i pozorny ruch dziur, przy czym kierunek ruchu dziur jest
przeciwny do kierunku ruchu elektronów. Prąd jest, więc spowodowany zarówno ruchem
elektronów, jak i dziur. Ma on jednak bardzo małą wartość, gdyż elektrony swobodne
stanowią niewielką część elektronów walencyjnych.
Ważną cechą półprzewodników jest to, że nośniki ładunków elektrycznych w sieci
krystalicznej mogą się przemieszczać nie tylko pod wpływem pola elektrycznego, ale także
pod wpływem cieplnych drgań sieci krystalicznej. Przemieszczając się w ten sposób z
jednego obszaru (gdzie jest ich dużo) do drugiego obszaru (gdzie jest ich mało) tworzą prąd
dyfuzyjny. Półprzewodniki mają małą szerokość pasma wzbronionego.
Do wglądu nie drukować!!!
2
Do wglądu nie drukować!!!
2. Wykonanie ćwiczenia
- Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wykreślenie dwóch wykresów charakteryzujących diodę
półprzewodnikową
- Schemat układu pomiarowego
.
- Opis wykonania pomiarów
Po połączeniu diody w kierunku zaporowym dzielnikiem napięcia zmienić napięcie od 0
do 9V w odstępach, co 0,5V i odczytać odpowiednio natężenie prądu elektrycznego wskazane
przez mikroamperomierz. Po wykonaniu serii pomiarów dla kierunku zaporowego włączyć
diodę do obwodu w kierunku przewodzenia. Zmieniając napięcie od 0 do 0,5V w odstępach,
co 0,1V odczytać odpowiednie wartości natężenia prądu przewodzenia wskazane przez
miliamperomierz
- Lista wykorzystanych przyrządów
Zasilacz laboratoryjny
Miliamperomierz LM-3 kl 0,5 zakres 75mA
Mikroamperomierz LM-3 kl 0,5 zakres 75μA
Woltomierz LM-1 zakres 15 V
Do wglądu nie drukować!!!
3
Do wglądu nie drukować!!!
3. Tabela z wynikami pomiarów
Kierunek zaporowy
Kierunek przewodzenia
U
I
U
I
[V]
[µA]
[V]
[mA]
0,01
1
0,1
0,3
0,02
2
0,2
3,1
0,03
3
0,3
14
0,04
4
0,4
50
0,05
4
0,5
75
0,1
5
0,2
5
0,5
5
1
6
2
6
3
6
5
6
7
6
9
6
4. Obliczenia z komentarzem
-
analiza niepewności pomiarowych
Kierunek zaporowy:
klasa
I
5,0
100
*
zakras
dz
A
I
875
*
75
5,0
dz
,0
A
100
U
5,0
100
klasa
*
zakras
dz
V
U
175
*
15
5,0
dz
,0
V
100
Kierunek przewodzenia:
klasa
I
5,0
100
*
zakras
dz
1
mA
I
0425
*
5,7
5,0
dz
,0
100
2
625
I
mA
*
75
mA
5,0
dz
,1
100
Do wglądu nie drukować!!!
4
5,0
5,0
5,0
5,0
Do wglądu nie drukować!!!
U
5,0
100
*
zakras
dz
U
0425
*
,0
75
5,0
dz
,0
V
100
5. Wykresy
I
zarówno dla kierunku
zaporowego, jak i dla kierunku przewodzenia. Doświadczenie zostało przeprowadzone
prawidłowo dla kierunku przewodzenia, o czym świadczyć może paraboliczny wykres.
Jednak wyniki dla kierunku zaporowego mogą budzić wątpliwości, ze względu na wadliwość
zasilacza, która uniemożliwiła wykonanie dokładnych pomiarów napięcia i natężenia prądu
f
Do wglądu nie drukować!!!
5
klasa
5,0
6. Wnioski
Celem ćwiczenia było wykreślenie dwóch wykresów charakteryzujących diodę
półprzewodnikową. Przedstawiają one zależność
U
[ Pobierz całość w formacie PDF ]