ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
ГРАДУИРОВКА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ТЕРМОМЕТРА
СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы
: изучение принципа работы полупроводникового термометра сопротивления. Приобретение навыков гра-
дуировки полупроводникового термометра сопротивления (ПТС).
Приборы и материалы
: мультиметр с термопарой, источник постоянного напряжения 0 – 12 В, резистивный нагрева-
тель, лёд, исследуемый полупроводниковый термометр сопротивления.
Методические указания
Полупроводниковые термометры сопротивления являются параметрическими первичными преобразователями, исполь-
зуемыми во многих системах автоматического регулирования температуры. Для использования данного класса приборов
необходима информация зависимости
R = f
(
t
), где
R
– сопротивление ПТС, Ом;
t
– температура, °С.
Удельная проводимость λ металлов при комнатной температуре меняется в пределах от 6 · 10
3
до 6 · 10
5
Ом
–1
· см
–1
.
Твёрдые вещества с удельной проводимостью от 10
4
до 10
–10
Ом
–1
· см
–1
принято относить к классу так называемых
полупро-
водников,
а вещества с еще меньшей λ
(от 10
–10
до 10
–20
Ом
–1
· см
–1
) – к классу
диэлектриков
или
изоляторов.
Носителями
тока в полупроводниках и диэлектриках могут быть как электроны, так и ионы.
К числу полупроводников относится гораздо больше веществ, чем к числу проводников и изоляторов, взятых вместе.
Проводимость полупроводников сильно зависит от окружающей температуры. При очень низкой температуре, близкой
к абсолютному нулю (–273,15 °С), они ведут себя как изоляторы. Проводники, наоборот, при таких температурах обладают
сверхпроводимостью, т.е. почти не оказывают току никакого сопротивления. С повышением температуры проводимость про-
водников ухудшается (сопротивление электрическому току увеличивается), а полупроводников улучшается (сопротивление
уменьшается).
В атомах полупроводника, как и многих других веществ, есть валентные электроны, но в полупроводнике они не всегда
могут стать свободными.
Возьмём, к примеру, германий, применяемый в некоторых полупроводниковых приборах.
Германий стоит в четвертой группе периодической системы Менделеева. Это значит, что атом германия имеет во
внешнем слое оболочки четыре валентных электрона. Всего же в оболочках атома германия 32 электрона. Однако 28 из них
находятся в трёх внутренних слоях оболочки и надёжно удерживаются ядром. Если отнять от атома германия валентные
электроны, он будет иметь положительный заряд, т.е. сделается положительным ионом.
Германий – кристаллическое вещество: атомы германия расположены в строгом порядке. Каждый атом окружён че-
тырьмя такими же атомами. При этом расстояние между любой парой атомов одинаковое. Любой атом связан с каждым со-
седним атомом двумя валентными электронами, один из которых свой, а другой – заимствованный от соседа. Оба эти элек-
трона движутся одновременно вокруг ядер обоих связанных атомов. Такая связь называется двухэлектронной или ковалент-
ной.
При температуре, близкой к абсолютному нулю, полупроводник с такой структурой ведёт себя как диэлектрик потому,
что в нём нет свободных электронов. Но при повышении температуры связь валентных электронов с атомными ядрами осла-
бевает, и некоторые из них вследствие теплового движения могут покидать свои атомы. Вырвавшийся из межатомной связи
электрон становится свободным, а там, где он был до этого в межатомной связи, образуется пустое место. Его в полупровод-
никовой технике называют «дыркой». Чем выше температура полупроводника, тем больше в нём свободных электронов и
дырок.
Итак, образование в массе полупроводника дырок связано с уходом из оболочек атомов валентных электронов. Значит,
возникновение дырки соответствует появлению в междуатомной связи положительного электрического заряда, равного по
величине отрицательному заряду электрона. Рассмотрим, как возникает электрический ток в полупроводнике под действием
приложенного к нему электрического напряжения. В каждый момент времени во всей массе полупроводника вследствие те-
плового движения из межатомных связей вырывается некоторое количество электронов. На рис. 2.1 они обозначены точками
со стрелками. Электроны, освободившиеся вблизи положительного полюса, притягиваются этим полюсом и уходят из массы
полупроводника, оставляя после себя дырки. Электроны, ушедшие из межатомных связей в некотором удалении от положи-
тельного полюса, тоже притягиваются им и движутся в его сторону. Но, встретив на своем пути дырки, они «впрыгивают» в
них (рис. 2.1,
а
). Происходит заполнение некоторых межатомных связей. Оставшиеся дырки в направлении к отрицательно-
му полюсу быстро заполняются другими электронами, вырвавшимися из межатомных связей, расположенных ещё ближе к
отрицательному полюсу (рис. 2.1,
б
).
В следующие моменты времени этот процесс продолжается: нарушаются одни межатомные связи – из них уходят ва-
лентные электроны, возникают дырки и заполняются другие межатомные связи – в дырки «впрыгивают» электроны, освобо-
дившиеся из каких-то других межатомных связей (рис. 2.1,
в
)
.
Дырки, возникающие в самой левой части рисунка, т.е. у от-
рицательного полюса, заполняются электронами, пришедшими извне, от источника тока (рис. 2.1,
б
и
г
)
.
Можно считать, что, в то время как электроны движутся в направлении от отрицательного полюса к положительному,
дырки перемещаются от положительного полюса к отрицательному.
Отметим, что в отсутствие внешних электрических сил при температуре выше абсолютного нуля свободные электроны
и дырки тоже непрерывно возникают и исчезают, но только в этих условиях они движутся хаотически в разные стороны и не
уходят за пределы полупроводника.
В чистом полупроводнике число высвобождающихся в каждый момент времени электронов равно числу образующихся
при этом дырок. Общее их число при нормальной температуре относительно невелико. Поэтому электропроводность такого
полупроводника, называемая собственной, также невелика.
Если же в полупроводник добавить даже ничтожное количество примесей в виде атомов других элементов, проводи-
мость его резко улучшается. При этом в зависимости от структуры атомов примесных элементов
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- …
- следующая ›
- последняя »
