209-02, Wyznaczanie sta˙ej Boltzmanna z charakterystyki tranzystora.


Wyznaczanie stałej Boltzmanna z charakterystyki tranzystora.

1. Wprowadzenie teoretyczne.

Stała Boltzmanna oznaczana przez k jest uniwersalną stałą fizyczną określoną przez stosunek

dwóch innych stałych: stałej gazowej R i liczby Avogadra NA

. (1.1)

Stała Boltzmanna występuje we wszystkich równaniach zawierających klasyczne lub kwantowe

funkcje rozkładu energetycznego cząstek.

W ćwiczeniu tym badamy tranzystor, więc będzie nas interesował prąd płynący przez złącze p-n.

(1.2)

gdzie Is jest prądem wstecznym złącza, a e ładunkiem elektronu.

Rys.1. Układ pomiarowy.

Prąd płynący przez tranzystor przy zwartym obwodzie kolektor-emiter (rys.1) zmienia się z

napięciem UBE zgodnie z równaniem

(1.3)

Logarytmując obustronnie otrzymujemy

. (1.4)

Sporządzając wykres funkcji ln IC = f(UBE) otrzymamy linię prostą, której tangens kąta nachylenia wynosi

.

Znając kąt nachylenia i temperaturę możemy znaleźć stałą Boltzmanna

. (1.5)

Zależność prądu od napięcia wyznaczamy dla kilku temperatur.

2. Pomiary i obliczenia.

Pomiary wykonujemy po uprzednim zestawieniu układu z rys.1.

a)

Oznaczenia:

IC - prąd kolektora;

ICX - pomierzony prąd kolektora;

DIC - błąd bezwzględny pomiaru prądu kolektora;

DlnIC - błąd bezwzględny pomiaru prądu kolektora w skali logarytmicznej;

Korzystając z programu na obliczanie regresji liniowej, otrzymujemy następujące wyniki:

A = tg a = 44.2608

DA{błąd nachylenia}= 1.2586

współczynnik korelacji = 0.9944

Możemy teraz skorzystać z wzoru (1.5) podstawiając następujące dane:

otrzymujemy

.

Obliczymy również błąd wyznaczania stałej Boltzmanna:

(1.6)

b)

Obliczenia wykonujemy identycznie jak dla poprzedniej tabeli.

Współczynnik nachylenia prostej regresji wynosi:

A = tg a = 46.6508

DA{błąd nachylenia}= 1.1480

współczynnik korelacji = 0.9976

Stała Boltzmanna:

c)

Obliczenia wykonujemy identycznie jak dla poprzedniej tabeli.

Współczynnik nachylenia prostej regresji wynosi:

A = tg a = 42.0819

DA{błąd nachylenia}= 1.3771

współczynnik korelacji = 0.9926

Stała Boltzmanna:

3. Wnioski.

W powyższym ćwiczeniu wyznaczana była stała Boltzmanna. W tym celu wykorzystane były ch-ki przejściowe tranzystora bipolarnego dla różnych temperatur i metoda regresji liniowej.

Na podstawie obliczeń otrzymaliśmy trzy różne stałe, z których możemy obliczyć wartość średnią.

Jak widać, ma ona wartość niższą niż rzeczywista stała Boltzmanna {}.

Nawet jeśli weźmiemy pod uwagę błędy bezwzględne Dk, to i tak otrzymany margines błędu nie będzie obejmował rzeczywistej wartości stałej Boltzmanna.

Musimy jednak wziąć pod uwagę to, że odchylenie standardowe od wartości ksr wynosi:

,

tak więc rozrzut wyników jest bardzo mały. Wynika z tego, że w procesie pomiarowym wystąpił błąd systematyczny, który nie został uwzględniony w obliczeniach i z tego powodu wszystkie otrzymane wartości stałej Boltzmanna są zaniżone.

Biorąc pod uwagę, że dokładność pomiaru mikroamperomierzem wykorzystanym w ćwiczeniu

została zmniejszona do 10mA, wszystkie pomiary poniżej 10mA nie mają sensu i nie zostały uwzględnione w obliczeniach.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
wyznaczanie staˆej planka oraz pracy wyj˜cia, Wyznaczanie sta?ej Planka oraz pracy wyj?cia
C 11A, 1. Wyznaczenie sta˙ej d siatki dyfrakcyjnej
Wyznaczanie stałej Verdeta, labi39, WYZNACZANIE STA˙EJ VERDETA
wyznaczanie charakterystyki tranzystora , Sprawozdanie z fizyki nr 2
tranzystor wyznaczanie charakterystyk, Wyznaczanie charakterystyk tranzystora

więcej podobnych podstron