Fizyka - Ćwiczenie 60, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium


W odosobnionym atomie elektrony mogą znajdować się w ściśle określonych stanach energetycznych, a przyjmowanie określonych stanów może odbywać się w sposób dyskretny. W ciele stałym, na skutek wzajemnej bliskości położenia atomów w sieci krystalicznej i ich wzajemnego oddziaływania, elektrony nie mają możliwości wykonywania niezakłóconego ruch wokół jądra. W następstwie tego oddziaływania dozwolone poziomy energetyczne (które dla orbit w różnych odosobnionych atomach mogły być jednakowe) ulegają w ciele stałym przesunięciu. Jest to jednoznaczne z rozszczepieniem rozłożonych w sposób dyskretny poziomów poszczególnych atomów. Poprzesuwane poziomy tworzą pasma energetyczne, a elektrony znajdujące się na określonej orbicie mogą teraz przyjmować każdą wartość energii mieszczącej się wewnątrz pasma. Pasma takie nazywa się pasmami dozwolonymi. Występuje przy tym ograniczenie polegające na tym, że pojedyncze poziomy w paśmie mogą być obsadzone przez co najwyżej dwa elektrony. Istnieją także wartości energii, których nie może przyjmować żaden elektron. Te poziomy energetyczne, leżące między pasmami dozwolonymi, tworzą pasmo zabronione. Najwyższą energię mają elektrony walencyjne. Pasmo odpowiadające temu stanowi energetycznemu nosi nazwę pasma walencyjnego lub podstawowego i jest najniżej położonym pasmem energetycznym. Powyżej tego pasma jest usytuowane pasmo przewodnictwa, znajdują się w nim elektrony swobodne wyrwane z sieci krystalicznej. Odstęp między tymi pasmami nosi nazwę pasma zabronionego lub przerwy zabronionej). Usytuowanie pasm energetycznych różnych materiałach przedstawia rysunek.

0x08 graphic

W przewodnikach np. metalach, pasmo przewodnictwa i walencyjne zachodzą na siebie, w izolatorach szerokość pasma zabronionego jest duża i wynosi około 10 eV, natomiast w półprzewodnikach jest ona mniejsza od 2 eV.

Wyróżniamy dwa rodzaje półprzewodników: samoistne i domieszkowane. Do budowy fotoelementów wykorzystuje się półprzewodniki domieszkowane. Są to półprzewodniku których sieć krystaliczna została zmieniona poprzez domieszkowanie, to znaczy zastąpienie atomem innego pierwiastka, atomu pierwiastka podstawowego w węzłach sieci. Jeśli na skutek nieregularności sieci krystalicznej w półprzewodniku będą przeważać nośniki typu dziurowego, to półprzewodniki taki jest nazywany półprzewodnikiem typu p, a atomy domieszki nazywane są akceptorami. W przypadku gdy przeważają nośniki elektronowe, jest on nazywany półprzewodnikiem typu n, a atomy domieszki nazywamy donorami.

0x08 graphic
Fotorezystorem nazywamy półprzewodnik, którego opór zmienia się pod wpływem strumienia świetlnego. Gdy światło pada na powierzchnię półprzewodnika i wnika w jego głąb, wówczas energia fotonów jest przekazywana elektronom walencyjnym, które dzięki temu odrywają się od atomów i powiększają liczbę elektronów swobodnych, proporcjonalną do strumienia świetlnego. O tyle samo zwiększa się liczba dziur. Przejawia się to zwiększeniem przewodnictwa półprzewodnika. Do badania charakterystyk fotorezystorów wykorzystuje się następujący obwód elektryczny.

Badana jest zależność prądu opornika od napięcia przy stałym oświetleniu oraz zależność prądu od oświetlenia przy stałym napięciu.

Fotodiodę stanowi półprzewodnikowa dioda o jednym łączu p-n uformowana tak, że płaszczyzna kontaktu obu półprzewodników może być naświetlona strumieniem świetlnym. Naświetlanie złącza p-n powoduje wyzwalanie w obszarach przygranicznych dodatkowych nośników, dziur i elektronów. W warstwie n elektrony są odpychane od złącza dzięki różnicy potencjałów warstwy zaporowej i dołączają do nośników zasadniczych, czyli większościowych tej warstwy, do elektronów. W warstwie p dziury są odpychane od złącza. Gdy połączymy fotodiodę tak jak na rysunku poniżej otrzymujemy obwód z dwoma kontaktami warstw p i n, jeden w naświetlonym złączu, drugi kontakt tych samych warstw poprzez obwód zewnętrzny. Ze względu na to, że fotodioda staje się samodzielnym źródłem prądu, nazywa się ją fotoogniwem.

0x08 graphic

Fototranzystor działa podobnie jak normalny tranzystor, z tym, że w nim sterujący prąd bazy zostaje zastąpiony poprzez strumień świetlny, który reguluje wartość prądu płynącego przez złącze kolektor - emiter. Układ do badanie charakterystyki fototranzystora przedstawiony został poniżej.

0x08 graphic

Uzyskane wyniki zostały przedstawione w tabelach:

Zależność prądu od napięcia przy stałej odległości źródła światła:

Napięcie

Prąd (r=25cm)

Prąd (r=15cm)

Prąd (r=8cm)

0,5 V

0,8 mA

1 mA

2,2 mA

1 V

1,5 mA

1,92 mA

4,1 mA

2 V

2,9 mA

3,8 mA

7,5 mA

3 V

4,28 mA

5,9 mA

11,4 mA

4 V

5,7 mA

7,8 mA

15 mA

5 V

6,75 mA

9,6 mA

18,5 mA

6 V

8 mA

11,3 mA

21,25 mA

7 V

9,25 mA

13,5 mA

25 mA

Zależność prądu od odległości źródła światła przy stałym napięciu:

Odległość

Prąd (U=2V)

Prąd (U=4V)

Prąd (U=6V)

50 cm

1 mA

2,05 mA

3,2 mA

40 cm

1,3 mA

2,6 mA

4,3 mA

30 cm

1,9 mA

3,65 mA

5,8 mA

20 cm

2,68 mA

5,08 mA

8 mA

10 cm

5,7 mA

11,25 mA

16,5 mA

Zależność prądu od napięcia przy stałej odległości źródła światła:

Napięcie

Prąd (r=40cm)

Prąd (r=20cm)

Prąd (r=10cm)

0,25 V

4 µA

8 µA

17 µA

0,5 V

4,5 µA

9 µA

18 µA

1 V

5 µA

10 µA

21 µA

2 V

7 µA

14 µA

27,5 µA

3 V

9,5 µA

19 µA

38 µA

4 V

14 µA

28 µA

54 µA

5 V

27 µA

48 µA

88 µA

6 V

100 µA

165 µA

245 µA

7 V

700 µA

760 µA

3400 µA

Zależność prądu od odległości źródła światła przy stałym napięciu:

Odległość

Prąd (U=2V)

Prąd (U=4V)

70 cm

4 µA

8 µA

60 cm

5 µA

10 µA

50 cm

5,5 µA

12 µA

40 cm

7 µA

15 µA

30 cm

10 µA

22 µA

20 cm

14 µA

28 µA

10 cm

28 µA

54 µA

Zależność prądu wytwarzanego przez fotoogniwo od odległości źródła światła:

Odległość

100 cm

63 cm

21 cm

11 cm

8 cm

4,5 cm

4 cm

3 cm

Prąd

0,1 µA

0,5 µA

1 µA

1,6 µA

2 µA

2,7 µA

3 µA

4 µA

Natężenie oświetlenia wynosi 0x01 graphic
. Dla wartości r - odległości źródła światła, użytych w czasie ćwiczenia, wartość natężenia oświetlenia przedstawia się następująco:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

Pomiary były dokonywane miernikami o klasie dokładności 0,5. Woltomierz miał zakres 7,5 wolta, a do pomiaru prądu użyto czterech amperomierzy o zakresach: 30 miliamper, 750 mikroamper, 150 mikroamper i 75 mikroamper (w zależności od wielkości prądu mierzonego, zawsze używano amperomierza o najniższym zakresie). Dokładność pomiarów wielkości elektrycznych wynosiła:

Paweł Stanik

1

5

10eV

<2eV

a)

b)

c)

mA

V

+

-

+

-

V

µA

mA



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Fizyka - Ćw 60, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
ĆWICZENIE NR 2A, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Fizyka - Ćwiczenie 60a, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Fizyka - Ćw 60, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
LABORKA2, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Ćwiczenie nr 50b, sprawozdania, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr50b
Ćwiczenie 71, Studia, 1 rok, od Magdy, FIZYKA, Fizyka, Labolatorium
LEPKOŚĆmm, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Doświadczalne spr p. Malusa, sprawozdania, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr70
50B, studia, Budownctwo, Semestr II, fizyka, Fizyka laborki, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr50b
Ćwiczenie nr 82, sprawozdania, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr82
Fizyka - sprawozdanie 49, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Ćwiczenie nr 35, studia, Budownctwo, Semestr II, fizyka, Fizyka laborki, Fizyka - Labolatoria, Ćwicz
Ćwiczenie nr 65c, sprawozdania, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr65c
neonówka, Biotechnologia, Fizyka, Labolatorium
Siatka dyfrakcyjna, studia, Budownctwo, Semestr II, fizyka, Fizyka laborki, Fizyka - Labolatoria, Ćw
F-71, studia, Budownctwo, Semestr II, fizyka, Fizyka laborki, Fizyka - Labolatoria, Ćwiczenie nr71

więcej podobnych podstron