Описание метода исследования

Зависимость сопротивления проводника от температуры (4.2) в координатах
R   ↔   t  изображается прямой линией, угловой коэффициент которой

k ₁ = a _t × R ₀.                                             (4.3)

По величине k ₁ можно определить значение температурного коэффициента сопротивления исследуемого проводника:

.                                           (4.4)

Значение сопротивления проводника R ₀находится путем экстраполяции полученной линейной зависимости до температуры 0 ºС.

Для полупроводника зависимость сопротивления от температуры нелинейная, поэтому для её нахождения используют координаты ln R ↔ , где Т – температура по шкале Кельвина. Действительно, логарифмируя уравнение (4.1), получаем

.                                      (4.5)

График функции lnR от  является линейным с угловым коэффициентом:

.                                        (4.6)

Это позволяет найти ширину запрещённой зоны полупроводника по формуле:

D W = 2 k· k ₂.                                              (4.7)

Таким образом, если экспериментально найти зависимость сопротивления проводника и полупроводника от температуры, то можно рассчитать для первого – ТКС a _t, для второго – ширину запрещённой зоны D W.

Описание установки

Оборудование: регулируемый источник постоянного напряжения, миниблоки «Исследование температурной зависимости сопротивления проводника и полупроводника», «Ключ», мультиметры.

Электрическая схема установки показана на рис. 4.2, описание миниблока – на рис. 4.3, а монтажная схема – на рис. 4.4.

 

                                                    Рис. 4.2. Электрическая схема:

1 – регулируемый источник постоянного напряжения («0 … +15 В»); 2 – электронагреватель; 3 – термопара; 4, 5 – исследуемые образцы проводника и полупроводника; 6 – миниблок «Исследование температурной зависимости сопротивления проводника и полупроводника»; 7 – переключатель; 8 – блок «Ключ»; 9 – мультиметр в режиме измерения сопротивления; 10 – мультиметр в режиме измерения температуры

Электронагреватель 2 подключен к регулируемому источнику постоянного напряжения 1 («0…+15 В»). При включении источника начинается нагрев исследуемых образцов. Для измерения сопротивления образцов 4, 5 в режиме непрерывного нагрева их поочередно подсоединяют к мультиметру 9 с помощью переключателя 7. Температуру образцов измеряют с помощью термопары 3, напряжение с которой подаётся на клеммы измерителя температуры (мультиметр 10).

 

 

Рис. 4.3. Миниблок «Исследование температурной зависимости сопротивления проводника и полупроводника»:

1 – клеммы термопары для подключения к мультиметру; 2 – нагреватель печи;

3 – проводник;

4 – полупроводник;

R_пр – вывод проводника;

 R_пп – вывод полупроводника

 

 

 

 

Рис. 4.4. Монтажная схема установки:

6, 8, 9, 10 – см. рис. 4.2

Выполнение работы

1. Заполнить табл. 4.2 (см. бланк отчёта).

2. Собрать электрическую цепь по монтажной схеме, приведённой на рис. 4.4. При подсоединении термопары к мультиметру необходимо учитывать полярность подключения проводов.

3. Включить в сеть блоки питания генераторов и мультиметров. Нажать кнопку «Исходная установка».

4. Установить необходимые режимы измерений мультиметров. Учесть, что при измерении сопротивления проводника переключатель диапазонов ставится в положение 200 Ом, а полупроводника – 2 кОм или 20 кОм.

5. С помощью миниблока «Ключ» подключая поочередно к мультиметру проводник (положение В) и полупроводник (положение А), измерить их сопротивление при комнатной температуре. Результаты измерений записать в табл. 4.3 (см. бланк отчёта).

6. Кнопками «Установка напряжения 0 … +15 В» установить по индикатору  7–8 делений.

7. По мере нагрева образцов, измерять по п. 4 их сопротивления через каждые 5 ºС до 70 ºС. Результаты измерений записать в табл. 4.3.

8. Выключить из сети блоки питания генераторов напряжений и мультиметров.