Порядок выполнения работы. 1.Включить установку и дать прогреться 15 минут, чтобы установился тепловой режим

1.Включить установку и дать прогреться 15 минут, чтобы установился тепловой режим внутри цифровых вольтметров.

Нажимая клавиши “Контроль”0” ” на блоке питания ВУП-2м, убедиться, что показания цифровых вольтметров нулевые [или отличаются на несколько единиц младшего разряда] и можно начинать измерения.

На цифровых вольтметрах должны быть включены:

Клавиша ”Сеть”, клавиша автоматического цикла [находится прямо под клавишей “ Сеть”], клавиша автоматического выбора предела измерения - на верхнем цифровом вольтметре [клавиша с круговой стрелкой] клавиша “→” – на нижнем цифровом вольтметре [этой клавишей включается блок измерения токов и напряжений].Для измерения токов клавиша на этом блоке должна быть отжата. Пределы измерения выбираются переключателем на этом блоке. Если индицируется индикатор перегрузки “ П ”- переключить на более грубый предел.

Осветитель фотоэлемента должен быть включен , и в процессе измерения не допускается его перемещение, иначе результаты измерения будут неверными.

2.Чтобы менять по точкам начальный круто возрастающий участок вольтамперной характеристики фотоэлемента, нужно:

2.1.Выбрать один из светофильтров на поворотной части и установить его против лампы осветителя [в нижнем положении] и фотоэлемента.

2.2.Включить клавишу “прямое напряжение” на блоке ВУП-2м.

2.3.Регулятор напряжения “прямое [точно]” вывести в право до конца.

2.4.Ручкой “регулятор напряжения прямое [грубо] установить желаемый верхний предел измерения напряжения 2.5.Пользуясь ручкой точной регулировки прямого напряжения и, не трогая ручку грубой регулировки снять по точкам восходящую часть характеристики фотоэлемента с интервалом через 5÷7 точек.

2.6.В процессе измерения нужно периодически проверять нулевые показания цифровых приборов, нажимая клавиши “Контроль”0”на блоке ВУП-2м и если они не нулевые, то принять их за условный ”0”и ориентироваться на них [автокомпенсаторы цифровых вольтметров стремятся установить остаточные нулевые показания, так что при достаточно длительном режиме работы контроль“0”может и не понадобиться].

2.7.После того, как снята по точкам восходящая часть характеристики фотоэлемента, снять оставшуюся часть вольтамперной характеристики фотоэлемента, пользуясь ручкой грубой регулировки прямого напряжения, начиная от 20 вольт [с интервалом через 10 вольт] и до 120 вольт [при этом можно не учитывать показания младшего разряда измерителя тока фотоэлемента и ограничиться точностью до одного знака после запятой].

Результаты измерений занести в таблицу 1.

2.8 Включить клавишу “обратное напряжение”,[оно же U зад.] и пользуясь ручками регулировки ”регулятор напряжения обратное [“грубо” и ”точно”], снять отрицательную часть вольтамперной характеристики фотоэлемента, которая расположена влево от”0” [ 0,01 в -нашего условного“0” прямого напряжения] и до –U задерж.[при этом цифровой измеритель тока, нижний вольтметр должен показывать нулевые значения тока, при нулевом токе верхний цифровой вольтметр покажет значение U задерж. в милливольтах, полярность отрицательная].

Таким образом, автоматически определяется и величина U задерж. с точностью до 1mV.

В этом режиме измерения нужно внимательно следить за показаниями измерителя фототока, чтобы не пропустить момент, когда ток фотоэлемента будет равен нулю. При переходе через «0» указатель полярности меняет знак. Нажимая клавишу “Контроль”0”, так на блоке питания ВУП-2м, нужно убедиться, что сам цифровой прибор показывает ”0”.Если же индикация ненулевая, то за условный ”0”принять те показания, которые на цифровых лампах [в момент нажатия клавиши “Контроль”0”ток”] и при измерении U задерж. ориентироваться на них.

При подходе к “0”нужно пользоваться ручкой точной установки обратного напряжения [обратное “точно”], и стараться получить нулевые показания в младшем разряде измерителя фототока [в крайнем случае , допустимо изменение показаний в младшем разряде не более 2 единиц].

3.Выбрать другой светофильтр на поворотной головке, не сдвигая осветитель, и повторить пункт 2 инструкции [с 2.1 до 2.8] для каждого светофильтра.

Результаты занести в таблицу 2.

4.Построить вольтамперные характеристики фотоэлемента, т. е. График зависимости I=¦(U) для различных светофильтров.

5.Вычислить частоту n=с/l, где l-длина волны, соответствующая данному светофильтру.

6.Построить график зависимости Uз = ¦[n] [см. рис. 3.]. По графику определить параметры А, lс и постоянную

Планка h.

7.Оценить погрешности измерений и сделать выводы по работе.

Таблица 1.

Таблица 2.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается явление фотоэффекта?

2. Каковы основные характеристики фотона?

3. На что расходуется энергия фотона при фотоэффекте? Пояснить уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

4. Что представляет собой задерживающая разность потенциалов при фотоэффекте?

5. Чем объяснить наличие тока насыщения у вакуумных фотоэлементов?

6. Как определяются частота и длина волны для красной границы фотоэффекта?

Лабораторная работа №10

Контактные явления в полупроводниках

Основные положения

Необходимо знать, что по электрическим свойствам кристаллические твердые тела разделяются на металлы, полупроводники и диэлектрики. Полупроводниками являются четырехвалентные элементы, расположенные в середине периодической таблицы Менделеева.

Их нельзя назвать ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами.

Различия электрических свойств твердых тел связаны с распределением электронов в атомах. При образовании твердого тела из отдельных атомов и молекул состояния электронов внутренних оболочек не меняются, внешние же электронные оболочки в результате сближения и взаимодействия между электронами перестраиваются. Энергия внешних электронов атомов твердого тела не принимает строго определенного значения как в отдельных атомах, а находится в пределах областей, называемых разрешенными энергетическими зонами. Каждая из этих зон содержит столько дискретных близлежащих энергетических уровней, сколько атомов содержит кристалл: чем больше в кристалле атомов, тем теснее расположены уровни в зоне.

Разрешенные энергетические зоны разделены зонами запрещенных значений энергии, называемыми запрещенными зонами. В запрещенных зонах энергетические уровни электронов находиться не могут. Степень заполнения электронами энергетических уровней в зоне определяется заполнением соответствующего атомного уровня. Если, например, какой-то уровень атома полностью заполнен электронами, то соответствующая зона будет также полностью заполнена. Из незанятых уровней образуются свободные зоны, из частично заполненных - частично заполненные зоны. Разрешенную зону, возникшую из того уровня, на которой находятся валентные электроны в основном состоянии атома, мы будем называть валентной зоной. В зависимости от степени заполнения валентной зоны электронами и расположения ближайшей свободной зоны возможны три случая, изображенные на рис.10.1.

В металлах (случай а) электроны заполняют валентную зону не полностью. Они могут легко переходить на более высокие уровни под действием электрического поля, т.е. стать свободными и участвовать в проводимости.

В случаях б и в уровни валентной зоны полностью заняты электронами - зона заполнена. Для того чтобы увеличить энергию электрона, ему необходимо сообщить количество энергии не меньше, чем ширина запрещенной зоны . Если больше нескольких электронвольт, то такие переходы очень затруднены и кристалл является диэлектриком (рис.10.1,в).

В полупроводниках запрещенная зона достаточно узка ( < I эВ) и переброс электронов из валентной зоны в зону проводимости может быть осуществлен либо за счет

Рис.10.1

теплового возбуждения, либо за счет поглощения фотонов или других причин. В результате такого перехода образуется пара носителей тока "электрон - дырка". Дырка - это место в кристаллической решетке, где должен бы находиться электрон, но где его нет.

Следует помнить, что для того чтобы полупроводниковый кристалл был пригоден для получения твердотельного электронного устройства, к нему необходимо добавить примесь.

Существуют два типа примесей полупроводников, изготовленных из германия ( ) или кремния (Si). Одни примеси отдают электроны - они называются донорными, другие примеси присоединяют к себе электроны - такие примеси называются акцепторными. В полупроводниках с донорной (пятивалентной) примесью, называемых полупроводниками - типа, ток переносит электроны, а в полупроводниках с акцепторной (трехвалентной) примесью, называемых полупроводниками - типа, носителями тока являются дырки (положительно заряженные частицы).

Однако практически нет полупроводников с чисто электронной или чисто дырочной проводимостью, В полупроводнике - типа электрический ток частично обусловлен движением дырок, возникающих в его кристаллической решетке вследствие выхода электронов из некоторых валентных связей, а в полупроводниках - типа ток частично создается движением электронов. Вследствие этого полупроводники - типа более правильно характеризовать как полупроводники, в которых основными носителями тока являются электроны, а полупроводники - типа - как полупроводники, в которых основными носителями тока являются дырки. Следовательно, полупроводник относится к тому или другому типу в зависимости от того, какой вид носителей тока является в нем основным. Противоположный носитель заряда для полупроводника данного типа является неосновным носителем тока.

Если два полупроводника с разным типом проводимости привести в металлургический контакт, то в месте контакта возникает электронно-дырочный - переход. Следует помнить, что - переходом называется переходной слой, образованный в полупроводнике на границе областей типа и .

При образовании - перехода часть электронов из области и дырок из области диффундируют во встречных направлениях и, рекомбинируя, образуют положительные ионы в области и отрицательные ионы в области (рис.10.2,а). Возникает двойной электрический слой, в котором нет носителей тока (обеднённый слой). Электрическое поле в нем препятствует дальнейшему переходу через слой основных носителей тока. Динамическое равновесие достигается при такой высоте потенциального барьера, при которой уровни Ферми обеих областей располагаются на одинаковой высоте. Поскольку в полупроводниках - типа уровень Ферми расположен у дна зоны проводимости, а в полупроводниках - типа у верхнего края валентной зоны, то величине этого барьера равна примерно .

Поиск по сайту: