ĆWICZENIE NR 44A Zadania podstawowe: 7 5

#
ĆWICZENIE NR 44A
POMIAR ZALEŻNOŚCI OPORU METALI
I PÓŁPRZEWODNIKÓW OD TEMPERATURY
I.
Zestaw przyrządów
1.
Urządzenie zawierające grzejnik, regulator temperatury, wentylator
oraz badane próbki.
2.
Mierniki oporu M.
II. Cel ćwiczenia
Pomiar wartości oporu metalu i półprzewodnika w funkcji temperatury
oraz wyznaczenie temperaturowego współczynnika rezystancji (oporu) metalu
i szerokości przerwy energetycznej w półprzewodniku.
Zadania podstawowe:
Pomiary i opracowanie wyników wykonać dla dwóch próbek.
III. Przebieg pomiarów
1.
Schemat układu pomiarowego przedstawia rysunek:
M
K
G
AR
S
W
P
- miernik oporu
- komora pomiarowa
- grzejnik
- regulator temperatury
- wyłącznik sieciowy
- wentylator
- klawisze włączające do obwodu
miernika oporu badane próbki
AR
75
Reg. temp.
w dół
o
C
Reg. temp.
w górę
0 7 4
K
G
M
AR
1234 WS
2.
3.
Podłączyć miernik M do wyjścia badanych próbek
Na regulatorze temperatury ustawić wartość ≤ od temperatury pokojowej - np.
na 15 oC .
1
4.
5.
Włączyć zasilanie urządzenia (wentylator wyłączony). Miernik temperatury
wskaże wartość temperatury próbek. Odczytać wartości oporu wybranych
próbek. Następnie podwyższać stopniowo temperaturę – np. co ok. 5 oC.
Po ustabilizowaniu się temperatury odczytywać wskazywane przez mierniki
wartości temperatury i oporu próbek.
Pomiary wykonać do temperatury ok. 100 oC.
Może występować drobna różnica między wartościami temperatury:
nastawioną, a wskazywaną.
NIE PRZEKRACZAĆ 110 °C !
Schłodzić próbki: włączyć wentylator,
a regulator temperatury ustawić na 20 oC. Przed opuszczeniem stanowiska
pomiarowego wyłączyć zasilanie urządzenia.
Podczas pomiarów można oszacować, czy badane zależności :
Rm = f (t) dla metalu oraz lnRs = f (1000/T) dla półprzewodnika mają
oczekiwany charakter liniowy.
III. Opracowanie wyników
1.
2.
3.
Przedstawić graficznie zależności: Rm = f (t) dla metalu oraz
lnRs = f (1000/T) dla półprzewodnika. T oznacza temperaturę
półprzewodnika wyrażoną w kelwinach. Do narysowania powyższych
wykresów proponuje się zastosować metodę regresji liniowej.
Na wykresach dla wybranych punktów pomiarowych zaznaczyć graficznie
niepewności pomiarowe wynikające z dokładności użytych przyrządów.
a) Metodą wspomnianej regresji liniowej wyznaczyć nachylenie a i
niepewność Δa, wartość b i niepewność Δb, prostej y = a⋅x+b czyli prostej
Rm = f (t), a następnie temperaturowy współczynnik oporu α:
Rm (t) = Ro ( 1+ α⋅t )
Rm (t) = Ro⋅α⋅t + Ro
α= a
Ro
⇒ a = Ro⋅α⋅; b = Ro
⇒ α=
a
b
Δα
i Δα np. metodą pochodnej logarytmicznej.
α
b) Metodą regresji liniowej wyznaczyć nachylenie A i niepewność ΔA
prostej y = A⋅x+B czyli prostej lnRs = f (1000/T), a następnie szerokość
przerwy energetycznej E:
E g 1000
Eg
⎛ 1000 ⎞
lnR ⎜
= 10 − 3 ⋅
⋅
+ lnR
⇒
, B = lnRos
A = 10 −3
⎟
s⎝ T ⎠
os
2k
2k T
E g = 2 ⋅ 10 -3 ⋅ k ⋅ A
Obliczyć niepewność
k = 1,3806 10-23 J/K - stała Boltzmanna.
Obliczyć niepewność
ΔE
E
g
i ΔEg np. metodą pochodnej logarytmicznej.
g
2
Szerokość przerwy energetycznej w półprzewodniku wyrazić w dżulach [J]
i elektronowoltach [eV].
Wyniki pomiarów i obliczeń wpisać do odpowiednich tabelek.
4.
V.
Proponowane tabele pomiarowe:
a) wyniki pomiarów i obliczeń dla metalu:
t
Δt
Rm
ΔRm
°C
°C
Ω
Ω
...
...
...
a
Ω
C
0
Δa
b
Δb
α
Δα
Δα
α
Ω
C
Ω
Ω
°C-1
°C-1
%
0
b) wyniki pomiarów i obliczeń dla półprzewodnika:
t
Δt
T
ΔT
°C
°C
K
K
...
...
...
...
1000
1000
Δ
T
T
-1
K
K-1
...
...
RS ΔRS LnRS ΔlnR
A
ΔA
Ω
Ω
K
K
...
...
...
Eg
ΔEg
J eV J eV
...
3