Теория вопроса и метод выполнения работы. Полупроводниковые приборы, обладающие рядом свойств, которые делают их применение предпочтительным перед вакуумными приборами

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). Следующая по энергии разрешенная зона, уровни которой не заполнены электронами, – зона проводимости. Энергетический интервал между "дном" Е _с (минимумом энергии) зоны проводимости и "потолком" Е _v (максимумом) валентной зоны называется шириной запрещенной зоны (см. рис. 1). Для разных полупроводников ширина 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.