Лабораторные работы по электротехнике Изучение метода компенсации Изучение работы полупроводниковых выпрямителей Изучение кенотронного выпрямителя Изучение колебательного контура Изучение цепи переменного тока

Электричество Лабораторные работы

Расчет установившегося синусоидального режима в простых цепях; векторные диаграммы; простейшие резонансы напряжений и токов. Мощность в установившемся синусоидальном режиме. Резонанс в электрических цепях общего вида. Частотные характеристики цепи, методы определения и построения амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик.

Зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры

Для характеристики температурной зависимости сопротивления проводников вводится температурный коэффициент сопротивления , который по определению равен:

   (5)

Температурный коэффициент сопротивления металлов - это число, которое показывает, на сколько изменится каждая  единица сопротивления проводника при изменении температуры на 1°С (от 00С)

   (6)

где R0 - сопротивление данного проводника при 00 С; R - сопротивление этого проводника при t°С.

так как R0 неизвестно,  обычно вычисляют по .двум сопротивлениям:

R1=R0 (1+t1), R2=R0(

откуда

 (7) 

Для металлов  очень слабо зависит от температуры, но для полупроводников дело обстоит иначе.

Электрическое сопротивление полупроводников можно выразить следующим образом: 

 (8)

где  - удельное сопротивление,  - длина и S – сечение полупроводника,  А =. Обозначив   = В, получим 

 (9)

где А - константа, пропорциональная "холодному" сопротивлению полупроводника (обычно при 20Со).

Постоянная В является одной из важнейших характеристик полупроводника, так как она определяет его коэффициент сопротивления .

Действительно из выражений (5) и (9) находим:

  (10)

Из формулы (10) следует существенная зависимость -а у полупроводников от температуры.

Подпись:  
 Рис.6. Зависимости удельных сопротивлений от температуры для: а) металлов, б) диэлектриков,
 в) полупроводников.

В данной работе сравниваются температурные зависимости сопротивления металлов и  полупроводников, вычисляются , температурный коэффициент сопротивления металлов  и ширина запрещенной зоны полупроводника.

Ширина запрещенной зоны ∆Е  можно определить, измерив экспериментально сопротивление полупроводника при различных температурах. Для этого приведем формулу (8) к виду:

 ℓgR=ℓgA+ (11)

где множители 103 введены для удобства дальнейших вычислений. Эта зависимость в координатах ℓgR,  при ΔЕ = const представляет собой уравнение прямой, тангенс угла наклона которой выражается равенством .-Отсюда следует, что для определения 1 величины ΔЕ графическим методом нужно экспериментально измеренную зависимость  сопротивления полупроводника от температуры пересчитать в зависимость:

 (12)

и, отложив по оси абсцисс , а по оси ординат , определить тангенс угла наклона линейного участка полученного графика и вычислить значение  по формуле:

  (13)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

  Внешний вид установки представлен на рис.7. Исследуемые образцы - медная проволока и полупроводник (термосопротивление ММТ-4) помещены в нагреватель, представляющий собой проволочное остеклованное сопротивление. Температура образцов определяется ртутным термометром 2 с пределом измерения от 0° до 150°С. В зависимости от положения переключателя (Rп – Rм) можно подсоединять к измерителю сопротивления по желанию полупроводниковый Rn или металлический образец RM . Нагреватель включается в сеть 220В тумблером «Вкл» 3. Сопротивления образцов с точностью ±1% измеряются с помощью цифрового комбинированного прибора ВК7-10А. Показания прибора в КΩ непосредственно отсчитываются с цифрового табло.

 

 Рис.6.

6. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

(ВНИМАНИЕ! Во избежании ожогов категорически запрещается трогать руками нагреватель и вынимать термометр из установки! )

1. Подключить к электрической сети ~ .220В измерительный прибор ВК7-10А и установку.

2. Включить тумблер "Вкл." на измерительном приборе, при этом на цифровом табло появится индикация. 

З. Включить тумблер нагревателя установки (при этом загорится сигнальная лампочка 3) и довести температуру образцов до 100°С.

4 Выключить нагреватель и в процессе остывания образцов от 100° до 30°С через интервалы 10°С измерить сопротивление образцов Rn и RM при соответствующих положениях переключателя "П". Результаты измерений занести в таблицу. Измерение Rn и RM производить с точностью до трех значащих цифр при соответствующих положениях переключателя диапазонов 10КΩ или 100КΩ.

5. Выключить тумблер "Вкл." на измерительном приборе и отключить установку от сети. Построить график R = f(t) для металлического и полупроводникового образца и сравнить их.

6. Для металлического образца по графику R = f(t) определить среднюю величину .

7. Для полупроводникового образца построить график зависимости ℓgR=f() и, определив тангенс угла наклона, по формуле (13) вычислить ширину запрещенной зоны полупроводника в электронвольтах.

 При расчетах принять К=1,38·10-23 "Дж/град, 1эВ =1,6 10-19 Дж.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как образуются разрешенные зоны энергий электронов в

кристаллах?

2. Различие металла и полупроводника с точки зрения зонной теории. 

3. Какие свободные заряды называются вырожденными?

4. Уровень Ферми.

5. Что такое термический коэффициент сопротивления металлов?

6. Температурная зависимость сопротивления  металлов и полупроводников.

7. Что называется энергией активации полупроводника?

8. Как образуются примесные полупроводники?

Расчет цепей с последовательным, параллельным и смешанным соединениями резистивных элементов. Метод пропорциональных величин. Уравнения контурных токов и узловых напряжений. Метод наложения и принцип взаимности. Дуальные цепи. Теорема замещения и ее применение. Теоремы об эквивалентных источниках.
Электрические токи в металлах, вакууме и полупроводниках