Лабораторная работа по электроматериаловедению
план-конспект урока по технологии по теме

Государственное бюджетное образовательное учреждение

Среднего профессионального образования Республики Хакасия

«Техникум коммунального хозяйства и сервиса»

Электроматериаловедение

Методические указания

по выполнению лабораторных (практических) работ

по профессии  начального профессионального образования

270843.04 Электромонтажник электрических сетей и электрооборудования

Абакан. 2012

Рассмотрена на заседании                               Утверждена:

 методической комиссии                        Заместитель директора по УР

_____________________________________                               Тарабрина В.И.________________

Руководитель МК____________

«____»______________20____г                «____»______________20____г

Разработчики:

Косточакова Р.А, мастер п/о

Ф.И.О.,  должность,

Лабораторная работа №2

Тема: Изучение проводимости полупроводников

Цель: научиться работать с электрическими схемами, и измерять электрические характеристики проводниковых материалов

Задачи:

 - научиться собирать схемы с полупроводниками

- знать при каких обстоятельствах проводимость у полупроводников есть, а при каких нет.

Инструменты и приспособления:

Мультиметр – 2 шт

Элемент питания (желательно в контейнере до 5 В)

Колодка контактная

Полупроводник

Лапочка

Теоретическая часть

   В отличие от проводников полупроводники имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимости, которые в сильной степени зависят от температуры, освещенности, сжатия, электрического поля и других факторов.

Рис. 1          Кристаллическая решетка полупроводника парноэлектронная (ковалентная) 

При отсутствии примесей и температуре, освещенности и т.д. близкой к абсолютному нулю, все валентные электроны атомов в кристалле п/п взаимно связаны и свободных электронов нет, так что п/п не обладает проводимостью. При повышении температуры или при облучении увеличивается энергия электронов, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов, возникает электрический ток. 

Электропроводность, обусловленная перемещением свободных электронов, называется электронной проводимостью полупроводника,
или n - проводимостью.

Проводимость, возникающая в результате перемещения дырок, называется дырочной проводимостью, или р-n проводимостью.

   В тонком пограничном слое полупроводника n-типа возникает положительный заряд, а в пограничном слое полупроводника р-типа - отрицательный заряд. Между этими слоями возникает разность потенциалов (потенциальный барьер) и образуется электрическое поле напряженностью Еп, которая препятствует диффузии электронов и дырок из одного полупроводника в другой.

Рис. 2

Таким образом, на границе двух полупроводников возникает тонкий слой, обедненный носителями зарядов (электронов и дырок) и обладающий большим со-противлением. Этот слой называется запирающим p-n-пepeходом.
Вследствие теплового движения в электрическое поле р-n-перехода попадают неосновные носители зарядов (электроны из р-области и дырки из n-области).

Движение неосновных носителей зарядов под действием сил поля р-n-перехода направлено встречно диффузионному току основных носителей и называется дрейфовым или тепловым током, зависящим в сильной степени от температуры.

Лабораторно- практическая часть. Порядок выполнения ЛПР

Упражнение 1

- Начертить в тетради таблицу 2

Таблица 2

- Заносим в таблицу данные известные нам

- Поставим переключатель на измерение тока в миллиамперах.

- Соберём электрическую цепь по схеме на рис. 3
- Подключим диод в направлении (анод к (+) источнику, у диодов односторонняя проводимость), в цепь подключим лампу, чтобы избежать перегрузку диода, т.к. будет большой ток

При изменении полярности источника питания (рис. 3) внешнее электрическое поле Ев окажется направленным встречно полю p-n-перехода Еn и под действием этого поля электроны и дырки начнут двигаться навстречу друг другу и число основных носителей заряда в переходном слое возрастет, уменьшая потенциальный барьер и сопротивление переходного слоя.

- записываем полученные данные в таблицу 2 Iпр=…мА

- Измеряем падение напряжения ΔU, записываем данные в таблицу 2

Упражнение 2

-  Подключим диод в направлении (анод к (-) источнику), в обратном направлении

Рис. 4

- Соединив положительный зажим источника питания с металлическим электродом полупроводника n-типа, а отрицательный зажим с электродом полупроводника р-типа, получим внешнее электрическое поле Ев, направленное согласно с полем p-n-перехода Еn, усиливающее его (рис.4). Такое поле еще больше будет препятствовать прохождению основных носителей зарядов через запирающий слой и через диод пройдет малый обратный ток Iобр, обусловленный неосновными носителями заряда.

- записываем полученные данные в таблицу 2 Iобр=…мА

- Измеряем падение напряжения ΔU, записываем данные в таблицу 2

Упражнение 3

- Нарисовать вольтамперная характеристика германиевого диода, его условное обозначение и сделать вывод.

Для большей наглядности прямая ветвь (правая часть графика) и обратная ветвь (левая часть графика) характеристики изображены в различных масштабах.
   Вывод:

Характеристика показывает, что при небольшом прямом напряжении Uпр=…В на зажимах диода в его цепи проходит относительно большой ток, а при значительных обратных напряжениях Uобр и Iобр ничтожно мал. Обратный ток диода в значительной мере зависит от температуры, увеличиваясь с ее повышением.

Правила безопасной работы при сборке электросхемы:

Внимательно рассмотреть электрическую схему

Собрав схему показать преподавателю

Внимательно работать с мультиметром

1.4 Порядок выполнения ЛПР

прочитать теоретические сведения

прочитать правила безопасной работы при сборке схемы

выполнить упражнения 1-3

1.7 Список литературы

Учебный диск Михаила Ванюшина

Л.В. Журавлева Электроматериаловедение