Лабораторная работа 27 ~~ Изучение зависимостисопротивления металлов и полупроводников от температуры~

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Лабораторная работа №27

“ Изучение зависимости-сопротивления металлов и полупроводников от температуры”.

Цель работы: С использованием цифрового вольтметра научиться определять зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры.

Теоретическое введение

Все твердые тела по своим электрическим свойствам делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. Проводимость проводников обусловлена наличием в них свободных электронов.

Согласно электронной теория удельная электропроводность (),где р - удельное электросопротивление) определяется формулой:

         (1)

где: е и m – заряд и масса электрона;

n0 - число свободных электронов в единице объема;

- средняя длина свободного пробега электронов;

U - средняя скорость электронов.

Скорость электронов (U) в металлах от температуры практик чески не зависит (U=const(T)). Средняя длила свободного пробега  с ростом температуры уменьшается, т.к. увеличивается колебательное движение положительных ионов, составляющих кристаллическую решетку и, соответственно, увеличивается число столкновений электронов с ионами, т.ё.

Следовательно, с ростом температуры проводимость проводника уменьшается.

Проводимость полупроводников, согласно зонной теории, твердых тел, меняется с изменением температуры по следующему закону:

         (2)

где  - постоянный коэффициент, соответствующий электропроводности полупроводника при ;

- ширина запрещенной зоны для данного полупроводника, так называемая энергия активизации;

К - постоянная Больцмана.

Используя зависимость , формулу (2) можно выразить в следующем виде:          (3)

С повышением температуры растет число электронов, энергия которых больше энергии активизации, т.е. достаточна для их перехода из заполненной зона в зону проводимости. Поэтому с ростом температуры проводимость чистых полупроводников растет. Если в полупроводнике есть примеси, то с повышением температуры первыми будут освобождаться электроны атомов примеси (для них энергия активизации меньше), а при болев высоких температурах - электроны атомов полупроводника.

Если концентрация примеси невелика, то характер зависимостей проводимости чистого и примесного полупроводников от температуры одинаков. Из сравнения формул (2) и (I) следует, что проводимость полупроводника (чиотого или с малым содержанием примеси) с увеличением температуры растет быстро, тогда как проводимость проводника с ростом температуры уменьшается медленно.

При большой концентрации примесей малы расстояния между примесными атомами, велика энергия их взаимодействия, примесные уровни размываются. в зону, величина которой приблизительно равна величине запрещенной зоны чистого полупроводника, это так называемое полуметалличёское состояние полупроводника. Пока полупроводник находится в таком состоянии, его проводимость уменьшается с ростом температуры.

При дальнейшем повышении температуры эффект уменьшения проводимости перекрывается – ростом проводимости, характерным для полупроводников (чистых или с малым содержанием примеси).

Изучение зависимости сопротивления проводника и полупроводника от температуры, а также определение энергии активации чистого полупроводника посвящена настоящая работа.

Приборы и принадлежности.

Цифровой вольтметр (В7-16А) (рис.1)

Амперметр (А).

3. Сосуд с исследуемым проводником и полупроводником

4. Термометр (T)

5. Электронагреватель (Э)

6. Двигатель (Д)

7. Мешалка (М)

8. Переключатель (П)

Порядок выполнения работы:

1.  проверить наличие воды в сосуде, уровень которой должен быть по красной отметке (рис. 1).
2.  с помощью белой кнопки электрощитка подать напряжение к установке.
3.  Подключить цифровой вольтметр к сети переменного тока.
4.  Подготовить цифровой вольтметр к работе.
   1.  Установить тумблер “Сеть” в верхнее положение
   2.  Установить переключатель “Род работы” в положение “U-I,S”, а переключатель “Предел измерения” в положение I.
   3.  Установить тумблер “ручное управление” – “автоматическое измерение”.
   4.  Закоротить клеммы “≈100 V,R-0” и ручкой “0” установить на индикаторном табло “0000”.
   5.  Установить переключатель “Предел измерения” в положение “100”, а переключатель “Род работы” в положение “R” и ручкой регулировки нуля “0” установить “0000”.
   6.  Соединить между собой гнезда “≈100 V,R” и “89,8 кΩ” и ручкой корректора установить на табло число “89,8 кΩ”
   7.  К клеммам “≈100 V,R” – “0” подключить измеряемое сопротивление.
   8.  Установить переключатель “Предел измерения” в положении 1
   9.  Установить тумблер ручное управление – автоматическое измерение в положение ручное управление.
5.  Вилкой включить электродвигатель мешалки.
6.  Установить переключатель (П) в положение Rпр и записать температуру воды.
7.  Нажать кнопку на цифровом вольтметре - ручное управление и произвести отсчет по цифровому табло величины сопротивления проводника.
8.  Установить переключатель (П) в положение Rпп и записать температуру воды.
9.  Нажать кнопку – ручное управление – на цифровом вольтметре и произвести отсчет по табло величины сопротивления полупроводника.
10.  Включить электронагреватель (индикатор работы электронагревателя служит амперметр).
11.  Через каждые 10 0С производить измерения, указанные в пункте 6-9.
12.  Последнее измерение произвести при температуре в пределах 90 0С.
13.  Выключить электронагреватель, двигатель и цифровой вольтметр.
14.  По полученным данным построить графики зависимости сопротивлений проводника и полупроводника от температуры.
15.  Вычислить ширину запрещенной зоны по нижеприведенной методике. По данным измерений построить для полупроводника зависимость логарифма проводимости () от величины , где Т - абсолютная температура. Полученная кривая будет иметь вид, указанный на рис. 2.

Логарифмируя уравнение (3), получим:

,

где:

- переменная величина.

Из рис. 2 видно, что тангенс угла наклона линейной части кривой к оси абсцисс выражается , откуда ширина запрещенной зоны:

Рекомендация: Для нахождения  воспользуемся рис. 3.

Ход работы:

t, 0C	Сопротивление проводника Rпр, Ом	Сопротивление полу проводника Rпп, Ом
26	780	454,8
36	634,7	464
46	517	477
56	423	493
66	350	508
76	292	524
86	245	540
96	207	557

Вывод: с использованием цифрового вольтметра научились определять зависимость сопротивления металлов и полупроводников от температуры.

Рис. 3

Рис. 2

Рис. 1. Схема установки

1. Др.Египет. Египетский стиль греч
2. Тема - Травматизм і професійні захворювання.
3. Тема Методология и методы политической конфликтологии Выполнила Студентка 4 ку
4. Учение Герберта Спенсера об эволюции
5. Задание 9 Глоссарий Абилитация лечебные и социальные мероприятия напр
6. КД213А Преподаватель- Болтаев А
7. Тема- Резьба анималистической композиции Цель- Вырезать из дерева объемную анималистическую композици
8. побед растет ощущение собственной ценности и значимости
9. Сущность, функции и роль денег в экономике
10. Армстронг м
11. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Тернопіль 199
12. Позитивистская школа права
13. Использование метода люминесцентной микроскопии в исследовании микроводоросле
14. Тема 8 Конкуренція і монополія у ринковій економіці План Конкуренція- сутність умови виникнення та
15. На тему-КОММЕРЧЕСКИЕ БАНКИ ИХ ВИДЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
16. Ледбитер ЧАКРЫ ПРЕДИСЛОВИЕ Когда человек развивая свои чувства приобретает способность ви
17. Тема- Створення формул
18. Патофизиологические аспекты алкоголизма, наркомании, токсикомании
19. Помощник младшего медицинского персонала При себе иметь МЕДИЦИНСКУЮ КНИЖКУ форму дневника
20. Характер изменений в системе русского языка конца XX века

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе