200 nr ćwicz |
08-04 1998 data |
Tomasz Urbański imię i nazwisko |
elektryczny wydział |
II semestr |
E-10 grupa |
|
W. Polewska prowadzący |
przygotowanie |
wykonanie |
opracowanie |
ocena ostateczna |
||
Wyznaczanie bariery potencjału
na złączu p-n
1. Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia.
Ćwiczenie polegało na zmierzeniu wartości napięcia woltomierzem V w zależności od prądu płynącego przez mikroamperomierz mA. Serię pomiarów powtórzyłem trzykrotnie - za każdym razem dioda D umieszczona była w pojemniku z inną temperaturą: kolejno 2oC, 23oC oraz 44oC.
Na podstawie dokonanych pomiarów, których wyniki zestawiłem w tabelach 3.1, 3.2. oraz 3.3., dokonałem obliczeń współczynników nachylenia prostej dla każdej serii pomiarów i na końcu wyznaczyłem barierę potencjału .
2. Wykorzystane zależności.
Podczas przeprowadzania ćwiczenia skorzystałem z następujących zależności.
wzór na określenie bariery potencjału:
gdzie: a to współczynnik nachylenia obliczony na podstawie pomiarów napięć;
k to stała Boltzmanna (k=1,38066210-23 [JK-1])
e to wartość elementarnego ładunku (e=1,602189210-19 [C])
obliczanie współczynnika nachylenia wykresu za pomocą regresji liniowej:
podczas analizy wyników i wykonywania obliczeń posłużyłem się programem „STATIST”, służącym do obliczania współczynnika nachylenia wykresu za pomocą regresji liniowej.
3. Tabele z wynikami pomiarów.
Tabela 3.1. Pomiary dla temperatury T=2oC=274oK.
prąd I [A] |
prąd I [A] |
napięcie U [V] |
ln I |
70 |
0,000070 |
0,513 |
-9,56702 |
65 |
0,000065 |
0,510 |
-9,64112 |
60 |
0,000060 |
0,507 |
-9,72117 |
55 |
0,000055 |
0,503 |
-9,80818 |
50 |
0,000050 |
0,499 |
-9,90349 |
45 |
0,000045 |
0,495 |
-10,0088 |
40 |
0,000040 |
0,490 |
-10,1266 |
35 |
0,000035 |
0,486 |
-10,2602 |
30 |
0,000030 |
0,476 |
-10,4143 |
25 |
0,000025 |
0,468 |
-10,5966 |
20 |
0,000020 |
0,458 |
-10,8198 |
15 |
0,000015 |
0,445 |
-11,1075 |
10 |
0,000010 |
0,428 |
-11,5129 |
5 |
0,000005 |
0,403 |
-12,2061 |
wsp. nachyl. prostej |
23,267 |
||
błąd wsp. nachyl. prostej |
0,299 |
||
Tabela 3.2. Pomiary dla temperatury T=23oC=295oK.
prąd I [A] |
prąd I [A] |
napięcie U [V] |
ln I |
70 |
0,000070 |
0,600 |
-9,56702 |
65 |
0,000065 |
0,596 |
-9,64112 |
60 |
0,000060 |
0,593 |
-9,72117 |
55 |
0,000055 |
0,589 |
-9,80818 |
50 |
0,000050 |
0,584 |
-9,90349 |
45 |
0,000045 |
0,580 |
-10,0088 |
40 |
0,000040 |
0,575 |
-10,1266 |
35 |
0,000035 |
0,571 |
-10,2602 |
30 |
0,000030 |
0,560 |
-10,4143 |
25 |
0,000025 |
0,552 |
-10,5966 |
20 |
0,000020 |
0,543 |
-10,8198 |
15 |
0,000015 |
0,533 |
-11,1075 |
10 |
0,000010 |
0,517 |
-11,5129 |
5 |
0,000005 |
0,486 |
-12,2061 |
wsp. nachyl. prostej |
23,2 |
||
błąd wsp. nachyl. prostej |
0,9 |
||
Tabela 3.3. Pomiary dla temperatury T=44oC=316oK.
prąd I [A] |
prąd I [A] |
napięcie U [V] |
ln I |
70 |
0,000070 |
0,492 |
-9,56702 |
65 |
0,000065 |
0,487 |
-9,64112 |
60 |
0,000060 |
0,483 |
-9,72117 |
55 |
0,000055 |
0,480 |
-9,80818 |
50 |
0,000050 |
0,476 |
-9,90349 |
45 |
0,000045 |
0,471 |
-10,0088 |
40 |
0,000040 |
0,466 |
-10,1266 |
35 |
0,000035 |
0,460 |
-10,2602 |
30 |
0,000030 |
0,451 |
-10,4143 |
25 |
0,000025 |
0,442 |
-10,5966 |
20 |
0,000020 |
0,431 |
-10,8198 |
15 |
0,000015 |
0,417 |
-11,1075 |
10 |
0,000010 |
0,399 |
-11,5129 |
5 |
0,000005 |
0,370 |
-12,2061 |
wsp. nachyl. prostej |
21,353 |
||
błąd wsp. nachyl. prostej |
0,211 |
||
4. Obliczenia.
Na podstawie przedstawionych w punkcie 2. wzorów oraz wartości obliczonych podczas przeprowadzania ćwiczenia, zestawionych w tabelach 3.1., 3.2. oraz 3.3., dokonałem niezbędnych obliczeń:
obliczenie ln IS dla trzech różnych temperatur T (dane - wartości ln I oraz U z tabel 3.1., 3.2. oraz 3.3.):
za pomocą programu „STATIST” dokonałem obliczeń wartości współczynników nachylenia wykresów (ln IS) i tak otrzymałem następujące wartości:
dla temperatury T=2oC=295oK: 23,2670,2988
dla temperatury T=23oC=295oK: 23,20,3
dla temperatury T=44oC=316oK: 21,3530,211
obliczenie wartości a z wzoru na barierę potencjału (punkt 2. niniejszego opracowania) - dane - obliczenia dokonane w kroku poprzednim, których sposób liczenia pokazałem w punkcie 4.a. tego opracowania:
za pomocą programu „STATIS” dokonałem obliczeń wartości współczynnika nachylenia wykresu a i otrzymałem następujący wynik:
3852,12276,7
obliczenie wartości bariery potencjału za pomocą wzoru przedstawionego w punkcie 2. (dane - obliczenia dokonane w krokach poprzednich):
obliczenie błędu bariery potencjału:
Obliczona wartość bariery potencjału wraz z błędem wynosi zatem: 0,330,2.