Контрольные вопросы

1. Определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

2. Определение точки росы, дефицита влажности.

3. Методы определения абсолютной, максимальной и относительной влажности.

4. Устройство и принцип работы волосного гигрометра.

5. Устройство и принцип работы гигрометра Ламбрехта.

6. Устройство и принцип работы психрометра Августа.

7. Устройство и принцип работы психрометра Ассмана.

Лабораторная работа №6

Изучение работы полупроводникового диода

и двухполупериодного выпрямителя

Основные понятия и определения: типы полупроводников, образование и свойстваp-nперехода; вольтамперная характеристика полупроводникового диода; применение постоянного тока в лечебных целях (гальванизация и электрофорез).

Цель работы: научиться работать с электроизмерительными приборами, выпрямителем, научиться пользоваться осциллографом.

Краткая теория

Выпрямитель, получивший в медицине название аппарата для гальванизации, служит для преобразования промышленного переменного тока в постоянный.

Этот аппарат состоит из выпрямляющего устройства, потенциометра и миллиамперметра. Потенциометр служит для регулирования выпрямленного напряжения, а миллиамперметр для измерения силы тока, пропускаемого через больного. Выпрямляющее устройство выполнено на основе полупроводниковых диодов.

Полупроводниковые диоды

В основу работы полупроводниковых диодов положено выпрямляющее свойство электронно-дырочного (p-n) перехода.

P-n переход представляет тонкий слой (10^-4-10^-5см), образуемый на границе между двумя соприкасающимися полупроводниками с разными типами проводимости (рис.1). Так как в кристаллеp – типа концентрация дырок значительно больше, чем в кристаллеn –типа, то они при контакте будут диффундировать из первого кристалла во второй.

Рисунок 1.Схема образования запирающего слоя в p-n переходе

Аналогично, из n –полупроводника вp – полупроводник будут диффундировать электроны. В пограничном слое электроны и дырки встречаются и рекомбинируют друг с другом, вследствие чего область контакта обедняется основными носителями и зарядами, и в контактной зоне образуется двойной электрический слой за счет нескомпенсированных ионов примесей положительных ионов доноров вn – области и отрицательных ионов акцепторов вр – области. Возникшее в этом слое электрическое поле напряженностьюбудет препятствовать дальнейшему переходу электронов в направленииn→p и дырок в направлении p→n. Через некоторое время при определенном значении напряженностиустановится подвижное (динамическое) равновесие, при котором прекратятся преимущественные переходы электронов и дырок в указанных направлениях, т.е. количество электронов и дырок, перешедших из одного полупроводника в другой путем диффузии, будет равно количеству электронов и дырок, возвращающихся обратно под действием электрического поля.

В итоге в приконтактной области образуется тонкий слой с большим электросопротивлением, который называется запирающим слоем (т.к. вследствие рекомбинации концентрация носителей заряда в нем мала).

Сопротивление запирающего слоя можно менять с помощью внешнего электрического поля.

Рисунок 2. Схема обратного включения диода

Если напряженность внешнего поля совпадает по направлению напряженностью(рис.2), то оно еще дальше отодвинет электроны и дырки от места контакта полупроводников. Запирающий слой, объединенный носителями зарядами, расширится, а его сопротивление возрастет. Ток в этом случае практически отсутствует (величина тока, создаваемого неосновными носителями заряда, будет пренебрежимо мала, т.к. концентрации не основных носителей в полупроводниках весьма малы). Такое напряжение внешнего поля (n→p) называется запирающим, а малый ток – обратным.

Изменим полярность внешнего напряжения (рис.3). Тогда напряженность внешнего поля, направленная противоположно напряженности, будет перемещать свободные электроны, и дырки по направлению к контактному слою. Прилежащие слои полупроводников обогащаются носителями зарядов, запирающий слой сужается, а его сопротивление уменьшается. При определенном значении приложенного внешнего напряжения запирающий слой исчезнет и через полупроводник пойдет большой ток. Такое направление внешнего электрического поля(p→n)называется пропускным, а ток прямым.

Рисунок 3. Схема прямого включения диода

Таким образом, сопротивление n-p – перехода зависит от направления поля и он, соответственно, обладает односторонней проводимостью, что позволяет использовать его для выпрямления переменного тока. Если к такому контакту приложить переменное напряжение, черезp-n– переход ток будет идти только в одном направлении: отp- проводника кn– полупроводнику.

Зависимость силы тока от приложенного напряжения (вольтамперная характеристика полупроводникового диода) изображена на рис. 4. Здесь же приведены обозначения диодов на схемах, соответствующие пропускному и запирающему направлениям включения внешнего электрического поля.

Рисунок 4. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

Выпрямительные свойства полупроводниковых диодов характеризуют коэффициентом выпрямления К, который равен:

при .

Важной характеристикой полупроводниковых диодов является максимальное обратное рабочее напряжение (см. рис. 4), превышение которого может привести к пробою диода и нарушению его работы.

Полупроводниковые диоды, обладая малыми габаритами, большой надежностью, долговечностью и высоким коэффициентом полезного действия, нашли использование в выпрямителях и, следовательно, являются основной частью аппарата для терапии постоянным током.