Контрольные вопросы

1. Как влияют примеси на электропроводимость полупроводников?

2. Объяснить образование р-n-перехода и его свойства?

3. Как подключить источник тока к диоду в прямом, в обратном направлениях? Что при этом происходит в р-n-переходе?

4. Почему ток в цепи при включении диода в проходном направлении больше тока в запорном направлении?

5. Какие внешние факторы изменяют проводимость полупроводника?

6. Почему при достаточно большом запорном напряжении обратный ток возрастает (см. участок аb на рис. 6)?

7. Что характеризует коэффициент выпрямления К? Как изменяется К с изменением напряжения?

8. Сравнить сопротивления R+и R- при одинаковых напряжениях. Какие из них больше, почему?

9. Устройство и работа транзистора. Что такое эмиттер, коллектор? Можно ли их поменять местами? Почему? С какой целью база изготовляется малой толщины?

10. Почему при меньшем токе на эмиттере ток насыщения коллектора мал? Что такое ток насыщения коллектора?

11. Почему при коллекторном напряжении, равном нулю, ток в коллекторе ?

12. Усиливает ли транзистор, включенный по схеме с общей базой, величину тока? Объяснить усиление транзистором напряжения и мощности.

13. Как включить источник тока к эмиттеру, к коллектору?

14. Объяснить на статических характеристиках, как влияет изменение эмиттерного напряжения на величину тока насыщения коллектора, почему?

Лабораторная работа № 7

Градуировка термопары компенсационным методом

Цель работы. изучить компенсационный метод измерения ЭДС, провести градуировку исследуемой термопары, измерить постоянную термо-ЭДС.

Приборы и принадлежности

1. Прибор универсальный измерительный УПИП – 60М.

2. Исследуемая термопара.

3. Электрический нагреватель.

4. Термометр.

Краткая теория

При соединении двух разнородных металлов возникает разность потенциалов, которую называют контактной разностью потенциалов.

Итальянский физик А. Вольта установил экспериментально два закона:

1. Контактная разность потенциалов зависит от химической природы и температуры соприкасающихся проводников.

2. Контактная разность потенциалов цепи из последовательно соединенных разнородных проводников, имеющих одинаковую температуру, не зависит от химической природы промежуточных проводников, а определяется контактной разностью потенциалов, которая возникает при контакте крайних проводников.

Рассмотрим контакт двух металлов с разными работами выхода. Работой выхода электрона из металла называется энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на уровне Ферми, чтобы удалить его из металла. Уровнем Ферми в металле называется верхний энергетический уровень, заполненный электронами при температуре 0 К.

Пусть работа выхода электронов из первого металла меньше, чем из второго , а уровень Ферми в первом металле выше, чем во втором (см. рис. 1,а). При контакте двух металлов электроны будут переходить с высоких энергетических уровней первого металла на более низкие энергетические уровни второго металла. В результате уровни Ферми обоих металлов выравниваются и возникают внешняя и внутренняя контактная разности потенциалов (см. рис. 1,б).

Внешняя контактная разность потенциалов между точками А и В определяется разностью работ выхода электронов из металла и равна

, (1)

здесь е – элементарный электрический заряд.

Внутренняя контактная разность потенциалов возникает между двумя точками разнородных металлов, находящихся в двойном электрическом слое, который образуется в приконтактной области. Этот слой называется контактным. Его толщина в металлах составляет м.

Внутренняя контактная разность потенциалов определяется разными значениями энергий уровней Ферми двух разнородных металлов

. (2)

К возникновению внутренней контактной разности потенциалов приводит разная концентрация электронов в металлах. Внутренняя контактная разность потенциалов зависит от температуры контактов и обусловливает термоэлектрические явления. Внешняя контактная разность потенциалов много больше внутренней контактной разности потенциалов.

Второй закон Вольта можно вывести на примере соединения трех разнородных металлов.

1

2

3

Разность потенциалов в цепи, содержащей последовательно соединенные проводники при одинаковой температуре, равна сумме всех разностей потенциалов, поэтому, учитывая формулы (1) и (2), можно записать

. (3)

Таким образом, из формулы (3) следует, что разность потенциалов в цепи, состоящей из трех проводников, зависит только от характеристик крайних металлов.

В 1821 году немецкий физик Т. Зеебек (1770 – 1831) открыл экспериментально, что в замкнутой цепи, составленной из последовательно соединенных разнородных проводников, появляется электрический ток, если температуры контактов разные. Это возникновение термоэлектрического тока называется явлением Зеебека.

П усть в цепи, состоящей из двух разнородных металлов, спаи имеют разную температуру и . Направление тока указано на рис. 2.

Опыт показывает, что термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) в замкнутой цепи прямо пропорциональна разности температур в контактах

. (4)

Коэффициент называется постоянной термоэлектродвижущей силы. Единица измерения в СИ . Постоянная термо-ЭДС зависит от химической природы металлов.

Из формулы (4) можно определить температуру

. (5)

Выражение (5) применяют при дистанционном измерении температуры с помощью термопары. Термопара – это устройство для измерения температуры, которое состоит из двух сваренных по концам разнородных металлов. Первый спай термопары размещают в месте замера температуры ( ), а второй спай имеет температуру окружающей среды ( ). Измеряя термо-ЭДС и температуру , подставляя известное значение постоянной термо-ЭДС ( ), можно вычислить по формуле (5) значение температуры .