Задание

1. Изучить физику электропроводности полупроводников в слабых и сильных электрических полях, а также указания по выполнению работы в лаборатории.

2. Снять прямую и обратную ветви вольтамперной характеристики варистора при комнатной температуре T₀. Напряжение на варистор подавать от 0 до 20 В, при этом измерения производить через 1–2 В.

3. Аналогично п. 2 снять ВАХ варистора при значениях температуры варистора T₁ и T₂, заданных преподавателем (табл. П.1 приложения).

4. По результатам измерений построить вольтамперные характеристики варистора для трех значений температур.

5. На основании экспериментальных данных построить три графика зависимостей γ = f(E).

6. Определить графическим путем значение Е_k.

7. Вычислить статические и динамические сопротивления варистора для температуры T_раб и напряжений (U₁, U₂), заданных преподавателем.

* Жирным шрифтом выделены задания, которые необходимо выполнить непосредственно на лабораторной установке.

8. Вычислить коэффициенты нелинейности для сопротивлений, найденных по п. 6.

9. Вычислить температурные коэффициенты изменений тока, напряжения, статического сопротивления.

10. Построить график зависимости γ = f(Т) для напряжения, заданного преподавателем (U₁).

Указания по выполнению работы в лаборатории

Функциональная схема стенда для исследований характеристик варистора приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Функциональная схема стенда

Включением тумблера SA1 на источник постоянного напряжения ИПН подается питание. Изменение напряжения от ИПН, прикладываемого к варистору RB, производится при помощи делителя напряжения на R1. Изменение полярности напряжения, прикладываемого к варистору RB, производится переключением тумблера SА2. Измерения напряжения и тока производятся соответственно вольтметром и микроамперметром, установленными на лицевой панели стенда и подключенными в соответствии с функциональной схемой на рис. 1.2. Варистор выполнен в виде диска толщиной l = 2 мм и диаметром D = 11 мм. Варистор помещен в термостат, содержащий датчик электронного термометра, и подключен к испытательному стенду в соответствии с функциональной схемой (рис. 1.2). На­грев варистора до заданных температур осуществляется включением термостата в сеть переменного тока 220 В с последующим контролем температуры по термометру. Регулирование температуры в термостате осуществляется вручную посредством регулирования напряжения на нагревательном элементе реостатом и тумблером включения. Во избежание перегрева рекомендуется отключать термостат за 5–10 градусов до заданной температуры.

Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цель работы и краткая теория (1–2 с.).

3. Исходные данные и данные эксперимента.

4. ВАХ и расчетный график γ = f(E) варистора для трех температур, определенное графическим путем значение Е_k.

5. Расчет основных характеристик варистора по п. 6–9 задания к работе.

6. График зависимости γ = f(Т) для напряжения U₁.

7. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие физические факторы обусловливают нарушение закона Ома в полупроводниковых материалах при действии сильных электрических полей?

2. Объяснить температурную зависимость электропроводности полупроводниковых материалов от температуры.

3. Пояснить нелинейную зависимость электропроводности от напряженности внешнего электрического поля.

4. Какие примеси в ковалентных полупроводниковых материалах являются донорными, а какие – акцепторными?

5. Чем отличается полупроводник с собственной электропроводностью от полупроводника с примесной электропроводностью?

6. К какому типу электропроводности (собственной или примесной) относится материал варистора и какой тип химической связи преобладает в нем?

7. Пояснить механизмы изменения концентрации носителей заряда при изменении электрического поля.

8. Как влияет величина электрического поля на подвиж­ность носителей заряда?

9. Понятие варистора.

10. Конструкции, материалы и технологии изготовления варисторов.

11. Основные характеристики варисторов.

12. Область применения варисторов.