IĘDZY METALEM
A PÓŁPRZEWODNIKIEM TYPY N
1. ZASADA POMIARU.
Między metalem a półprzewodnikiem w złączu metal-półprzewodnik n istnieje kontaktowa różnica potencjałów. W warstwie przystykowej półprzewodnika niemal w ogóle nie ma elektronów, ma ona więc znacznie większy opór i nazywana jest warstwą zaporową.
Przyłączenie do złącza zewnętrznego napięcia zmienia rozmiary warstwy zaporowej, wysokość bariery potencjału i opór. Jeśli zewnętrzne pole elektryczne skierowane jest od metalu (+) do półprzewodnika (-), w kierunku przewodzenia, powoduje to zmniejszenie bariery potencjału, czyli powiększenie przewodności złącza. W kierunku tym może płynąć stosunkowo duży prąd. Pole skierowane przeciwnie zmniejsza przewodność złącza
- kierunek ten jest zwany kierunkiem zaporowym.
Z tego też względu złącza takie wykazują właściwości prostujące prądu przemiennego. Zależność prądu od napięcia zewnętrznego przedstawia rysunek:
Celem doświadczenia jest zbadanie zachowania złącza, do którego przyłożono zewnętrzne napięcie w kierunku przewodzenia i zaporowym, oraz właściwości prostujących złącza podłączonego do napięcia przemiennego.
2. UKŁADY POMIAROWE.
a.) Wyznaczanie charakterystyki nap.-pr. złącza metal-płprzewodnik typu N :
b.) Zastosowanie styku metal - półprzewodnik jako prostownika prądu przemiennego :
- z prostownikiem jednopółkowym
- z prostownikiem dwupołówkowym ( układ Graetza ) :
3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYNCZYCH POMIARÓW.
woltomierz - Digital multimeter VC-10T
ΔU 0,1 % wartości mierzonej + 1dgt
miliamperomierz - Metex:
Dla zakresów:
200 μA, 20 mA:
ΔI 0,5 % wartości mierzonej + 3dgt
Dla zakresów:
200 mA, 2 A:
ΔI 1,2 % wartości mierzonej + 1dgt
4. TABELE POMIAROWE.
a.) kierunek przewodzenia:
|
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
lnR |
ΔR |
L.P. |
[V] |
[V] |
[mA] |
[mA] |
[kΩ] |
[Ω] |
[kΩ] |
1 |
0,097 |
0,00097 |
0 |
------------- |
------------- |
------------- |
------------ |
2 |
0,196 |
0,000196 |
0,0003 |
0,0000015 |
653,3334 |
13,39 |
3,9200 |
3 |
0,296 |
0,000296 |
0,020 |
0,0001 |
13,4500 |
9,51 |
0,0810 |
4 |
0,385 |
0,000385 |
0,019 |
0,000095 |
20,2632 |
9,92 |
0,1220 |
5 |
0,479 |
0,000479 |
0,140 |
0,0007 |
3,4215 |
8,14 |
0,0210 |
6 |
0,535 |
0,000535 |
0,477 |
0,0023 |
1,1216 |
7,03 |
0,0068 |
7 |
0,573 |
0,000573 |
1,005 |
0,0051 |
0,5702 |
6,35 |
0,0035 |
8 |
0,597 |
0,000597 |
1,635 |
0,0082 |
0,3652 |
5,88 |
0,0022 |
9 |
0,670 |
0,000670 |
7,010 |
0,0351 |
0,0956 |
4,56 |
0,00067 |
10 |
0,686 |
0,000686 |
9,600 |
0,0480 |
0,0715 |
4,27 |
0,00043 |
11 |
0,699 |
0,000699 |
12,180 |
0,0609 |
0,0574 |
4,05 |
0,00035 |
12 |
0,710 |
0,000710 |
14,920 |
0,0746 |
0,0476 |
3,87 |
0,00029 |
13 |
0,720 |
0,000720 |
17,680 |
0,0884 |
0,0408 |
3,71 |
0,00025 |
14 |
0,725 |
0,000725 |
19,240 |
0,0962 |
0,0377 |
3,63 |
0,00023 |
15 |
0,756 |
0,000756 |
31,300 |
0,3756 |
0,0242 |
3,19 |
0,00015 |
16 |
0,763 |
0,000763 |
35,100 |
0,4212 |
0,0218 |
3,08 |
0,00014 |
17 |
0,770 |
0,000770 |
39,200 |
0,4704 |
0,0197 |
2,98 |
0,00012 |
18 |
0,777 |
0,000777 |
43,100 |
0,5175 |
0,0181 |
2,90 |
0,00011 |
19 |
0,783 |
0,000783 |
47,100 |
0,5652 |
0,0163 |
2,80 |
0,00010 |
20 |
0,789 |
0,000789 |
51,100 |
0,6132 |
0,0155 |
2,74 |
0,00009 |
21 |
0,836 |
0,000836 |
92,200 |
1,1064 |
0,0091 |
2,21 |
0,00006 |
22 |
0,867 |
0,000867 |
131,800 |
1,5816 |
0,0066 |
1,89 |
0,00004 |
23 |
0,893 |
0,000893 |
174,300 |
2,0916 |
0,0052 |
1,65 |
0,00003 |
24 |
0,915 |
0,000915 |
224,000 |
2,6880 |
0,0041 |
1,41 |
0,00003 |
25 |
0,934 |
0,000934 |
258,000 |
3,0960 |
0,0037 |
1,31 |
0,00002 |
26 |
0,952 |
0,000952 |
302,000 |
3,6240 |
0,0032 |
1,17 |
0,00002 |
27 |
0,968 |
0,000968 |
345,000 |
4,1400 |
0,0028 |
1,03 |
0,00002 |
28 |
0,983 |
0,000983 |
390,000 |
4,6800 |
0,0025 |
0,92 |
0,00002 |
b.) kierunek zaporowy:
|
U |
ΔU |
I |
ΔI |
R |
lnR |
ΔR |
L.P. |
[V] |
[V] |
[mA] |
[mA] |
[kΩ] |
[Ω] |
[kΩ] |
1 |
1,03 |
0,00103 |
0,0 |
--------------- |
--------------- |
--------------- |
--------------- |
2 |
1,53 |
0,00153 |
0,0 |
--------------- |
--------------- |
--------------- |
--------------- |
3 |
14,88 |
0,01488 |
1,4 |
0,0070 |
10,63 |
2,37 |
0,064 |
4 |
19,86 |
0,01986 |
1,8 |
0,0090 |
11,04 |
2,40 |
0,067 |
5 |
24,90 |
0,02490 |
2,5 |
0,0125 |
9,96 |
2,30 |
0,060 |
6 |
29,80 |
0,02980 |
3,0 |
0,0150 |
9,94 |
2,30 |
0,060 |
5. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA
pomiar 8:
U=0,597 V
ΔU=0,597 * 0,1 % = 0,597 * 0,001 = 0,000597 V
I=1,635 mA
ΔI=1,635 * 0,5 % = 1,635 * 0,005 = 0,0082 mA
opór 
R = 0,597 V / 1,635 mA = 0,3652 kΩ
błąd oporu obliczony metodą różniczki logarytmicznej:
6. PRZEBIEGI Z OSCYLOGRAFU.
a. Prąd przemienny z zasilacza:
b. Prąd przemienny wyprostowany jednopołówkowo, układ jednodiodowy:
c. Prąd przemienny wyprostowany dwupołówkowo, układ graetza:
7. UWAGI I WNIOSKI
W doświadczeniu użyliśmy dwóch mierników uniwersalnych. Sposób obliczania błędów ich wskazań został podany w punktach 3 i 5.
Błąd wielkości złożonej - oporu - został obliczony metodą różniczki logarytmicznej. Ponieważ jest to wielkość czysto iloczynowa, błąd względny oporu równy jest sumie błędów względnych napięcia i prądu:
Ponieważ błędy są procentowo bardzo małe (użyliśmy bardzo dokładnych przyrządów) nie zostały też naniesione błędy na wykresy.
Wyniki doświadczenia potwierdzają właściwości złącza metal-półprzewodnik typu N.
Przy prądzie stałym zaobserwowaliśmy (doskonale to widać na wykresie) znaczne różnice oporności złącza w zależności od kierunku przyłożonego napięcia oraz nieliniowy jego charakter.
Przy zasilaniu napięciem sinusoidalnym diody zaobserwowaliśmy prostowanie jednopołówkowe prądu - dioda przepuszczała napięcie o amplitudach dodatnich i filtrowała napięcie o amplitudach ujemnych (lub odwrotnie - w zależności od kierunku jej przyłączenia).
Układ Graetza ze względu na mostkowe połączenie czterech elementów prostujących umożliwia dwupołówkowe prostowanie prądu - jedna jego część przepuszcza napięcie dodatnie, druga - napięcie o amplitudzie ujemnej - ze znakiem przeciwnym.
7 Adam Harmuszkiewicz. Opracowanie doœwiadczenia 1995/1996 .
Wyszukiwarka