Wydział: Budownictwo zaoczne gr. III

Sobota, godz. 8:30

Wstęp

Wyznaczanie ładunku elektronu na podstawie charakterystyki złącza p-n (diody półprzewodnikowej)

Obliczenia

1.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,617 V; napięcie na oporniku, U_I = 14,35 V

2.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,609 V; napięcie na oporniku, U_I = 10,85 V

3.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,598 V; napięcie na oporniku, U_I = 7,18 V

4.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,580 V; napięcie na oporniku, U_I = 3,76 V

5.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,563 V; napięcie na oporniku, U_I = 2,034 V

6.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,547 V; napięcie na oporniku, U_I = 1,130 V

7.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,530 V; napięcie na oporniku, U_I = 0,605 V

8.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,517 V; napięcie na oporniku, U_I = 0,371V

9.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,499 V; napięcie na oporniku, U_I = 0,198 V

10.położenie pokrętła na pudełku pomiarowym: napięcie na diodzie, U = 0,479 V; napięcie na oporniku, U_I = 0,102 V

Natężenie prądu przez diodę I:$I = \frac{U1}{R}$

1) 14,35V/100 kom Ω = 0,1435 mA

2) 10,85V/100 kom Ω = 0,1085 mA

3) 7,18V/100 kom Ω = 0,0718 mA

4) 3,76V/100 kom Ω = 0,0376 mA

5) 2,034V/100 kom Ω = 0,02034 mA

6) 1,130V/100 kom Ω = 0,0113 mA

7) 0,605V/100 kom Ω = 0,00605 mA

8) 0,371V/100 kom Ω = 0,00371 mA

9) 0,198V/100 kom Ω = 0,00198 mA

10) 0,102V/100 kom Ω = 0,00102 mA

Logarytm naturalny natężenia prądu:In I

1) In(0,1435) = -1,94

2) In(0,1085) = -2,22

3) In(0,0718) = -2,63

4) In(0,0376) = -3,28

5) In(0,02034) = -3,90

6) In(0,0113) = -4,48

7) In(0,00605) = -5,10

8) In(0,00371) = -5,60

9) In(0,00198) = -6,22

10) In(0,00102) = -6,89

(x_min;y_min) = (0,479;-6,89) (x_max;y_max) = (0,617;-1,94)

Współczynnki a = -35,87

Obliczony ładunek elektronu, q_e = a*k_B*T = -35,87*1,38*10^-23*296 =-1,47*10^-19 C

Oszacowana niepewność pomiarowa, Δq_e =q_e*(2$\frac{U}{U}$ + $\frac{R}{R}$ + $\frac{T}{T})$ = 1,47*10^-19* (2*0,01 + 0,05 + 0,01) = 1,48*10^-19* 0,08 = 0,1184*10^-19C

Wartość tablicowa ładunku elektronu, q_e,tabl = 1,602*10^-19 C

Rachunek błędu

(x₁ + x₂ + x₃ + x₄ + x₅ + x₆ + x₇ + x₈ + x₉ + x₁₀)/10 = (0,617 + 0,609 + 0,598 + 0,580 + 0,563 + 0,547 + 0,530 + 0,517 + 0,499 + 0,479)/10 = 5,539 / 10 = 0,5539 x

(X₁ + X₂ + X₃ + X₄ + X₅ + X₆ + X₇ + X₈ + X₉ + X₁₀)/10 = (14,35 + 10,85 + 7,17 + 3,76 + 2,034 + 1,130 + 0,605 + 0,371 + 0,198 + 0,102)/10 = 40,58 / 10 = 4,058 X

Δx = |x-X|= |0,5539 – 4,058| = |-3,5041| = 3,5041

$\frac{x}{x} = \frac{3,5041}{0,5539} =$ 6,3262 ≈ 6,33

Bp = $\frac{x}{x}*100\% = \frac{3,5041}{0,5539}*100\% = 6,33*100\% =$ 6,33%

2$\frac{U}{U}$ + $\frac{R}{R}$ + $\frac{T}{T}$ = $\frac{a}{a}$ + $\frac{T}{T}$ = $\frac{\text{qe}}{\text{qe}}$$\frac{0,1184*10\hat{} - 19}{1,48*10\hat{} - 19}$ = 0,08

Wynik

(x±Δx) = (0,5539±3,5041)

Porównanie: $\frac{\text{qe}}{\text{qe}}$ =/= q_e,tabl 0,08 =/= 1,602*10^-19

Wnioski

Podczas mierzenia przepływu prądu, napięcie na diodzie nieznacznie się zmniejsza podczas zmiany położenia pokrętła od pudełka pomiarowego, zaś napięcie na oporniku maleje w pewnym stopniu.

Znaleziony ładunek elementarny nie jest zgodny z wartością tablicową.