№ 06 (1115555)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 06ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬРаботу поставил доц. Попов Ю. Ф.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬЦель работы: изучить работу полупроводникового диода и работувыпрямителя.1. Контактный слой с односторонней проводимостьюРассмотрим кратко суть физических явлений, лежащих в основе действияполупроводникового диода. Если в матрицу четырехвалентного германия (Ge4+)добавить в качестве примеси атомы пятивалентного мышьяка (As5+), тообразуется сплав в электрическом отношении нейтральный.

Однако в местенахождения атома мышьяка один электрон оказывается лишним, он легкоотрывается и становится свободным. Если в Ge4+ добавить в качестве примесиатомы трехвалентного индия (In3+), то снова образуется нейтральный сплав,однако в месте нахождения атома индия одна из его электронных оболочекостается свободной и может вступать в химическую связь с электроном. Еслиосуществить посредством сварки или спайки контакт между этими сплавами, тоэлектроны примесной области GeAs, будучи свободными в процессе тепловогодвижения, достигают незаполненных оболочек примесной области GeIn вконтактном слое и вступают с ними в связь.

Так как при этом электроныпокидают первоначально нейтральный GeAs и приходят в первоначальнонейтральный GeIn, то в приконтактном слое со стороны GeAs образуетсяположительный заряд, а со стороны GeIn — отрицательный. Между этимизарядами возникает электрическое поле и, так как оно всегда направлено отположительного заряда к отрицательному, это поле препятствует дальнейшемупереходу электронов в GeIn и наступает динамическое равновесие зарядов.Электрическое поле образуется в результате разделения зарядовхимическими силами и в месте контакта возникает контактная разностьпотенциалов, имеющая положительный полюс со стороныGeAs и отрицательный — со стороны GeIn (рис.

1).Толщина заряженного контактного слоя обычносоставляет 10-4-10-5 см. Схематично это показано на рис. 1.Если к граничным участкам сплава с данным контактнымслоем приложить напряжение, как показано на рис.2, тоэлектроны из GeAs будут стремиться к положительномуполюсуЭДС,аэлектроныотрицательногополюсаЭДСустремятся к избыточным связямGeIn, в результате контактнаяразность потенциалов возрастет ичерез контакт тока не будет.Если приложить напряжение,как показано на рис.3, то электроныс отрицательного полюса ЭДС пойдут к положительному полюсу контакта, а сотрицательного полюса контакта электроны пойдут на положительный полюс ЭДС.При этом запирающий слой нейтрализуется, контактная разность E уменьшается и4идет ток I, направление которого показано стрелкой.Зависимость тока I, проходящего через сплав сконтактным слоем в зависимости от полярностиприложенного напряжения будет иметь вид как нарис.4.Вертикальная прямая на рис.4 обусловлена тем,что при достижении обратным напряжением некоторойкритической величины Uкp происходит резкоеуменьшение сопротивления контактного слоя.

Этоявление носит название пробоя, Uкp - напряжениепробоя.2. Выпрямление переменного токаСвойства рассмотренного контактного слоя используются в устройствахдля выпрямления переменного тока, называемых полупроводниковыми диодами,обозначаемыми в схемах  . При этом диод пропускает ток в направлении,указанном стрелкой, и не пропускает в обратномнаправлении. Если на диод подать синусоидальноенапряжение, то через нагрузку пойдет пульсирующийток.

Способ построения графика временнойзависимости тока показан на рис. 5.Подаваемое напряжение развернуто по оси временивниз. Ток развернут по оси времени вправо. Криваятока представляет собой положительную синусоиду.Однополупериодноевыпрямление,рассмотренное выше, на практике применять невыгодно, так как не используется отрицательнаяполусинусоида.Поэтомуприменяетсядвухполупериодноевыпрямление, позволяющее использоватьоба полупериода переменного напряжения.

Схемадвухполупериодного выпрямителявыпрямления показана на рис. 6.При положительной полусинусоиде напряженияна входе выпрямителя ток идет по цепи внаправлении, указанном сплошными стрелками.При отрицательной полусинусоиде напряжения токидет в направлении, показанном пунктирнымистрелками. Необходимо отметить, что направлениетока противоположно направлению перемещенияэлектронов. На рис.

7 показан график измененийпеременного напряжения, подаваемого на вход играфикивыпрямленноготокапридвухполупериодном выпрямлении.Во многих случаях выпрямленный токнепригоден для практического использования.5Чтобы ослабить пульсации тока, между выпрямителем и нагрузкой включаютсяфильтры.Простейшим фильтром является конденсатор, включенный параллельнонагрузке с сопротивлением R. Подбором номиналов R и С можно добитьсяположения, при котором выходное напряжение UC имеет вид, показанный нарис.8 (ломанная кривая).Установка: макетная схема выпрямителя, осциллограф.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫУпражнение1НАБЛЮДЕНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИДИОДА1.

Включить макет выпрямителя в сеть. Установить переключатель на макетев положение "Однополупериодный выпрямитель". При этом переменноенапряжение от встроенного трансформатора подается в точки схемы 1-3 (см.рис.9).2. Включить осциллограф, переключить его в режим развертки по "X" отвнешнего напряжения (нажать кнопку "Х"). При этом луч на экране осциллографастягивается в точку и ее можно перемещать по экрану осциллографа повертикали (ручкой вертикального смещения первого канала) и по горизонтали(ручкой вертикального смещения второго канала).

Перемещая точку, поместить еев центре экрана.3. Подать напряжение с точек 2-3 на Y-вход первого каналаосциллографа, как показано на рис. 9, соблюдая порядок подсоединения длинногои короткого концов на кабеле Y1.Отдельным проводом соединить точку 1 с Х-входом осциллографа (вправом нижнем углу). При таком включении развертка по горизонталиобеспечивается напряжением между точками 1-3, а вертикальное смещение напряжением на резисторе R (точки 2-3). Зарисовать и объяснить наблюдаемуюна экране картину.6Упражнение 2НАБЛЮДЕНИЕ ВЫПРЯМЛЯЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ДИОДАПереключить осциллограф в режим внутренней развертки (кнопка"Синхронизация внутренняя 1", кнопку "X" отжать).

Включить кнопку совместнойработы обоих каналов "...". С точки 1 напряжение подать на Y-ВХОД второго каналаосциллографа.При этом луч второго канала будет воспроизводить переменноенапряжение в точках 1-3 U1-3 (t), a луч первого канала - напряжение на резистореUR(t). Зарисовать и объяснить наблюдаемую картину.Упражнение 3РАБОТА ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ1. Перевести переключатель на макете в положение "Двухполупериодный выпрямитель". Приэтом переменное напряжение странсформатора поступает в точки4-7 (см.

рис.10).2.Даннаясхемаиприменяемыйосциллограф непозволяютодновременнонаблюдать два напряжения в точках 4-7 и 9-10, так как при этом заземленнымпроводом шунтируется одно плечо диодного моста. Поэтому на первый (иливторой) канал осциллографа подается напряжение со входа выпрямителя(точки 4-7).

Чувствительность осциллографа по этому каналу устанавливается 25 В. Наблюдаемая картина зарисовывается. Затем на тот же канал подаетсянапряжение с выхода выпрямителя RH (точки 9-10) при отключенномконденсаторе СФ.. Зарисовать наблюдаемую картину под предыдущимграфиком, принимая за начало отсчета времени начало наблюдаемых картин.3. Включить СФ и наблюдать изменение картины на экране.Зарисовать наблюдаемую картину под предыдущими двумя графиками.Разобраться, что откладывается по оси ординат, а что — по оси абсцисс.Объяснить наблюдаемые графики и их отличие от графиков, наблюдаемых вупражнении 2.7КРАТКАЯ ИНФОРМАЦИЯО РАСПОЛОЖЕНИИ И ФУНКЦИОНАЛЬНОМ НАЗНАЧЕНИИОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ,ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ1. Универсальный прибор — вольтамперомметр(рис.

1)1. Гнездо для подключения щупа (красного) при измерении U и R.2. Гнездо для подключения щупа (красного) при измерении I.3. Гнездо для подключения черного щупа (заземление).4. Включение прибора.5. Измерение постоянных величин U, I, R — кнопка отжата (=), измерениепеременных величин U, I — кнопка нажата.6. Переключение рода работы: вольтметр — U, амперметр — I, омметр — R.7. Предел измерений 200 мВ, мкА, Ом в зависимости от рода работы.8. Пределы измерений 2, 20, 200, 2000, В; мА; кОм в зависимости от рода работы.9.

Световое табло.10.Подсветка светового табло.2. Генератор переменного напряжения(рис. 2 а, б)1. Включение прибора (для ГЗ-III включение вилки в сетевую розетку).2. Декадные переключатели частоты (ГЗ-118), плавная установка частоты (ГЗ-III).83. Переключатель "Множитель"; значение частоты, установленное ручками 2,надо умножить на коэффициент, на который указывает штрих на ручке.4. Регулятор выходного напряженияГнезда, с которых снимается выходное напряжение переменнойчастоты.3.

Осциллограф(рис. 3)1. Включение осциллографа.2. Управление яркостью свечения лучей.3. Фокусировка лучей.4. Ступенчатое переключение чувствительности каналов осциллографа(В/см, мВ/см). Плавная регулировка усиления не используется (ручки вкрайнем положении по часовой стрелке).5. Входные гнезда каналов осциллографа.6. Кнопки включения одновременной работы обоих каналов.7.

Ступенчатое переключение частоты горизонтальной развертки. В центре — ручкаплавной подстройки частоты развертки, — используется для стабилизацииизображения на экране.8. Ручки вертикального смещения лучей.9. Кнопки включения внутренней синхронизации развертки от 1 и 2 каналов.10. Кнопки включения внешней синхронизации развертки.11. Кнопка переключения осциллографа для работы в X-Y-режиме, когдатребуется наблюдение одного сигнала как функции, зависящей от другого.12. Вход внешнего сигнала, обеспечивающего горизонтальную разверткув X-Y-режиме.Контрольные вопросы1. Объяснить свойства р-n перехода.2. Какова вольт-амперная характеристика диода?3.

Что такое пробой диода?94. Где р- и где n-область на схематическом изображении диода?5. Как работает однополупериодный выпрямитель?6. Как работает двухполупериодный выпрямитель?7. Как работает электрический фильтр выпрямителя?ЛИТЕРАТУРАСавельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. Кн. “Квантоваяоптика. Атомная физика.

Физика твердого тела. Физика атомногоядра и элементарных частиц.” Издание 4-е. Москва. Наука.Физматлит. 1998.Глава 8. Электропроводность металлов и полупроводников.8.6. Электропроводность полупроводников.Глава 9. Контактные и термоэлектрические явления.9.3. Контактная разность потенциалов.9.5. Полупроводниковые диоды и триоды.10.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы