 |
|
Лабораторна робота № 7
Демонстраційний експеримент на тему:
“Електричний струм у напівпровідниках”
Дослід 1. Дія напівпровідникового фотоелемента
Обладнання: I) фотоелемент селеновий СФ-10 на підставці, 2) гальванометр демонстраційний від амперметра, 3) джерело постійного струму напругою близько 1,5 В, 4) реостат на 3000 Ом, 0,3 А, 5) лампа електрична на підставці, 6) шнур електричний з вилкою і з’єднувальні провідники.
Селеновий фотоелемент являє собою залізну пластинку 2, покриту тонким шаром селену 3, що має діркову провідність. На поверхню селену нанесений тонкий напівпрозорий шар золота 4. У результаті спеціальної обробки частина атомів золота проникла в селен і утворила в ньому тонкий шар з електронною провідністю. На границі двох шарів з різними видами провідності утворився електронно-дірковий перехід.
Від залізної пластинки і плівки золота (на неї покладене контактне кільце 1) зроблені відводи до металевих затискачів 6. Фотоелемент закріплений у круглому пластмасовому корпусі 5.
Для виявлення переходу спочатку збирають коло демонстраційного омметра, що застосовувався у попередньому досліді з діодом. Потім у коло омметра вмикають затемнений (його закривають від світла) фотоелемент: один раз - при одній полярності, другий раз - при зворотній.
По добре помітній зміні струму в колі роблять висновок про однобічну провідність фотоелемента, тобто про наявність у ньому електронно-діркового переходу.
Після цього демонструють дію фотоелемента. Збирають установку і при денному освітленні досліджують за допомогою гальванометра появу слабкого струму в колі. Потім фотоелемент освітлюють електричною лампою. Спостерігають, як в міру наближення лампи до фотоелемента струм у колі збільшується і стрілка гальванометра відхиляється на всю шкалу. При затемненні фотоелемента струм майже зникає. У такий спосіб переконуються, що напівпровідниковий фотоелемент являє собою джерело струму, у якому енергія світла перетвориться безпосередньо в електричну.
Дослід 2. Електронно-діркові переходи транзистора
Обладнання: 1) транзистор П14 на підставці, 2) гальванометр демонстраційний від амперметра, 3) батарея акумуляторів, 4) реостат на 3000 Ом, 0,3 А, 5) з’єднувальні провідники
Транзистор складається з тонкої монокристалічної пластинки електронного германія 7, у яку з протилежних боків вплавлені дві краплі індію 4 і 5 (пластинка германія з двома краплями індію зображена додатково великим планом).
Атоми індію проникли в електронний германій і змінили вид його провідності. У пластинці виникли три різко розмежовані ділянки з провідністю, що чергується; дві крайні ділянки (емітер і колектор) мають діркову провідність, а середня (база) - електронну провідність. На границі цих ділянок утворилися два електронно-діркових переходи: емітерний і колекторний. Кожен перехід окремо поводиться як звичайний напівпровідниковий діод.
Пластинка германія припаяна оловом 3 до кристалотримача 2. Уся конструкція укладена в металевий корпус 1. Від кожної ділянки германієвої пластинки зроблені виводи. Виводи від емітера 9 і колектора 6 проходять у скляних ізоляторах 10, а вивід від бази 8 приварений до корпуса транзистора. Останній вивід з'єднується з ділянкою бази через кристалотримач, приварений до корпуса транзистора.
Таким чином, транзистор складається з трьох шарів напівпровідників, що володіють різними видами провідності, причому два шари з однаковою провідністю завжди розділяються шаром з іншим видом провідності.
Спочатку в коло демонстраційного омметра вмикають емітерний перехід. Позитивний полюс джерела струму омметра з'єднують з емітером, а негативний – з базою. Стрілка гальванометра відхиляється майже на повну шкалу. Це вказує на малу величину опору переходу.
Потім полярність увімкнення переходу змінюють на зворотну. Гальванометр не виявляє струму в колі, що вказує на однобічну електропровідність переходу.
Далі в коло омметра вмикають колекторний перехід транзистора і, змінюючи полярність увімкнення, виявляють однобічну електропровідність колекторного переходу.
Коли базу транзистора з'єднують з негативним полюсом джерела омметра, а колектор – з позитивним, то колекторний перехід вмикається в пропускному напрямку. При зворотній полярності напруги перехід вмикається в запірному напрямку.
Дослід 3. Підсилювач постійного струму на транзисторі
Обладнання: 1) транзистор П14 на підставці, 2) фотоелемент селеновий СФ-10 на підставці, 3) батарея акумуляторів, 4) лампа електрична на підставці, 5) гальванометри демонстраційні від амперметра –2 шт., 6) з’єднувальні провідники.
Транзистор вмикають у коло за схемою з загальним емітером. При такому способі ввімкнення одержують велике підсилення по струму, а схема є аналогом схеми з електронною лампою.
Струм, який підсилюють беруть від напівпровідникового фотоелемента. Його вмикають між емітером і базою транзистора: позитивний полюс з'єднують з емітером, а негативний - через демонстраційний гальванометр із базою транзистора. При цьому емітерний перехід вмикається в пропускному напрямку, і тому він чинить невеликий опір струму фотоелемента.
Зворотна напруга на колекторний перехід транзистора в схемі з загальним емітером подається через емітерний перехід. Тому позитивний полюс джерела струму з'єднують з емітером, а негативний підключають через другий демонстраційний гальванометр до колектора транзистора.
Опір колекторного переходу в режимі зворотного струму в тисячі разів більший за опір емітерного переходу, ввімкненого в пропускному напрямку. Тому вся прикладена напруга припадає практично на високоомний колекторний перехід транзистора.
Закінчивши зборку кола, вмикають електричну лампу і поступово наближають її до фотоелемента. При ледь помітних відхиленнях стрілки першого гальванометра спостерігають відхилення стрілки другого гальванометра майже на всю шкалу.
Таким чином, дослід показує, що колекторний струм транзистора керується струмом бази і знаходиться в прямій залежності від його величини. Зміна струму в колі колектора в десятки разів перевищує зміну струму в колі бази.
Контрольні запитання
1. Наведіть приклади застосування напівпровідникових фотоелементів.
2. Змоделюйте, як показати залежність опору напівпровідників від температури?
3. Як показати залежність опору напівпровідників від освітленості?
4. Як показати роботу транзистора в схемі електронного ключа і в схемі підсилення?
5. Для яких потреб використовують транзистори?