1. Провести измерения сопротивления металлического проводника при комнатной температуре
и выше через 4-5 градусов. Результаты измерений (не менее 10 пар точек) оформить в виде таб-
лицы.
2. По экспериментальным данным построить график зависимости сопротивления от температуры.
3. Значения температурного коэффициента 
и сопротивления R0 при температуре 00 С могут
быть найдены по графику и из формулы (26), которую можно привести к виду: y = ax + b,
где а = Ro , b = Ro, y = R, x = t.
Таблица, для занесения экспериментальных данных
| t, C0 | Rмн, Ом | Rмохл, Ом |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какова связь между сопротивлением и удельным сопротивлением, между удельным
сопротивлением и удельной проводимостью? Каковы их единицы измерения?
2. Объясните механизм возникновения сопротивления в металлах.
3.Удельное сопротивление сплава двух металлов почти всегда больше, чем каждого из них в
отдельности. Как это объяснить?
4. Какова температурная зависимость сопротивления металлов?
5. Каков физический смысл температурного коэффициента сопротивления? Как он определяется в
данной работе?
6. Как по графику температурной зависимости сопротивления определить Ro?
7. В чем заключается явление сверхпроводимости?
ЛИТЕРАТУРА: [4]
РАБОТА 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ
ПОЛУПРОВОДНИКОВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1. Провести исследование зависимости сопротивления полупроводника от температуры
2.Определить энергию активации.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
К полупроводникам относят широкий класс веществ, характеризующийся значением удельного сопротивления r, промежуточным между удельным сопротивлением металлов 10-6 – 10-8 Ом. м и удельным сопротивлением диэлектриков 10 10- 1012 Ом м. При абсолютном нуле температуры полупроводники ведут себя как диэлектрики. Характерные полупроводниковые свойства кристаллов появляются при нагревании и при введении в них примесей.
Сопротивление полупроводников в отличие от металлов уменьшается с повышением температуры. В широком интервале температур эта зависимость имеет экспоненциальный характер:
R = A exp(
) (27)
где E g - энергия активации или ширина запрещенной зоны, ее значение может быть равным от сотых долей электрон вольт (эВ) до 2-3 эВ; А - коэффициент, слабо зависящий от температуры, k – постоянная Больцмана.
Формула (27) показывает, что для валентных электронов в полупроводнике энергия связи с атомами порядка Eg. С увеличением температуры часть электронов, пропорциональная
ехр (
), становится свободной и участвует в создании тока проводимости.
Связь электронов с атомами может быть разорвана и другими воздействиями на них: электрическим полем, облучением светом или более жестким электромагнитным излучением и т.д.
Все полупроводники можно условно разбить на две группы: элементарные – чистые (германий, кремний и т.д.) и полупроводниковые соединения (оксиды, сульфиды, двойные соединения элементов третьей и пятой групп периодической системы АIII ВV, например, арсенид галлия GaAs и т.д.).
Исследования показывают, что носители тока в полупроводниках имеют как отрицательный, так и положительный заряды. В результате разрыва связи с атомами электроны переходят в пространство кристаллической решетки и участвуют в токе проводимости как отрицательные носители тока. Разорванная связь вдали от свободного электрона становится положительным носителем тока – дыркой, блуждающим по кристаллу. В элементарных полупроводниках концентрации электронов и дырок равны, но их вклад в электропроводность не одинаков, так как подвижность носителей тока различна. Проводимость чистых элементарных полупроводников носит название собственной проводимости.
Источниками носителей тока в полупроводниковых соединениях могут быть атомы примеси, дефекты кристаллической решетки и т.д. Примеси, дефекты делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают в пространство кристаллической решетки избыточные электроны и создают электронную проводимость (полупроводники n-типа).
Акцепторы захватывают валентные электроны у атомов вещества, в кристаллической решетке которого они находятся, и создают дырочную проводимость (полупроводники р-типа).
Теоретическая модель проводимости полупроводников была разработана А. Вильсоном в 1931 году после создания квантовой теории твердого тела.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.
Схема установки и порядок проведения эксперимента те же, как и в работе 4. Сопротивление полупроводника измеряется здесь с помощью осциллографа С1-112.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.
1.По экспериментальным данным построить график зависимости, откладывая по осям значения
lnR и 1/T. Линейный характер полученной зависимости свидетельствует об экспоненциальным
законе спадания сопротивления с увеличением температуры.
2.Значение энергии E g может быть вычислено из формулы (27): если ее прологарифмировать, то
получим:
ln R = ln A + E g / 2kT
Вводя обозначения: новые переменные lnR = y, 1/T = x и ln A = b, E g /2k = a (28) - новые постоянные, приходим к зависимости вида y = ax + b.
Таблица, для занесения экспериментальных данных
| t, C0 | Rп/пн, Ом | Rп/похл, Ом | 1/Т | LnRп/пн | LnRп/похл |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1.Что является носителями зарядов в металлах, в полупроводниках n и р - типа?
2.Что такое собственная и примесная проводимости полупроводников? За счет чего они
образуются?
3.Как объяснить полученную температурную зависимость сопротивления полупроводников?
(Сравнить с аналогичной зависимостью металлов).
ЛИТЕРАТУРА: [6. §166]
РАБОТА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
1.Исследовать работу полупроводникового диода в качестве выпрямителя.
2.Провести осциллографическое исследование вольт-амперной характеристики
полупроводникового диода.
3.Снять вольтамперную характеристику диода с помощью амперметра и вольтметра.
4.Определить значение элементарного заряда.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.
Полупроводниковый диод – распространенный прибор для выпрямления переменного тока. Выпрямители – устройства, обладающие односторонней проводимостью, вольт-амперная характеристика их несимметрична. Для полупроводнико –
вого диода она имеет вид, указанный на рис.11.
Полупроводниковый диод представляет собой кристалл,
содержащий две области с различным типом проводимости
(см. работу 5), причем переход от проводимости n -типа к
р -типу осуществляется плавно. Толщина р-n перехода состав-
ляет величину порядка 10-4 см.
Рассмотрим качественно физические процессы, происходя-
щие в р-n переходе. В области р- типа основными носи-
телями заряда являются дырки, а не основными – элек-
троны, т.к. число дырок значительно превышает число
свободных электронов.
В области n -типа наоборот количество свободных электронов превышает число дырок.
Если между этими областями существует контакт (рис.12а),то вследствие диффузии основных носителей через р-n переход возникает электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии основных носителей через переход, контактная разность потенциалов определяет высоту потенциального барьера 
По. Через эту граничную область диффундируют и не основные носители, создавая ток IS, называемый дрейфовым. В отсутствие внешнего электрического поля или другого воздействия на р-n переход дрейфовый ток уравновешивается
диффузионным током Ir основных носителей, результирующий ток через контакт равен нулю.
Пусть на p -область накладывается отрицательный, а на n -область положительный внешний потенциал (рис.12б), в результате чего разность потенциалов между этими областями увеличивается. Основные носители в обеих областях уходят от р-n перехода, ток I r близок к нулю, дрейфовый ток I s, создаваемый неосновными носителями, также мал. Результирующий ток через контакт, хотя и не равен нулю, но очень мал (обратный ток - нижняя ветвь на рис.11).
Этот факт можно трактовать как увеличение сопротивления переходного слоя при обеднении его носителями тока.
Пусть на p- область накладывается положительный, а на n -область - отрицательный потенциал (рис.12в). Это приводит к снижению высоты потенциального барьера в p-n переходе. Ток Ir при этом становится значительно больше, чем ток Is,так как основные носители движутся к p-n переходу навстречу друг другу. Увеличение числа свободных зарядов снижает сопротивление перехода. Результирующий ток с увеличением напряжения, приложенного к p-n переходу, резко возрастает (прямой ток на рис.11).
Зависимость результирующего тока p-n перехода от приложенного напряжения описывается формулой
I = IS [еxp (
) -1]
где: IS - предельное значение обратного тока,
U - внешнее напряжение, приложенное к p-n переходу,
k - постоянная Больцмана, T - температура,
При температурах, близких к комнатной и выше, и напряжениях U > 0,1B, единицей по сравнению с экспонентой можно пренебречь и считать, что
I = I S exp (
) (29)
где n - коэффициент, зависящий от типа диода (n=4).
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Для проведения лабораторной работы используется стенд,на котором смонтированы три схемы 1 - источник питания для снятия вольт-амперных характеристик;
2 - для наблюдения осциллограммы вольт-амперной характеристики;
3 - для изучения работы однополупериодного выпрямителя.