Transcript of DETERMINAREA CONSTANTEI BOLTZMANN PRIN MASURAREA CURENTULUI DE DIFUZIE +NTR-UN TRANZISTOR
LABORATORUL DE TERMODINAMICÅ ªI FIZICÅ STATISTICÅ
DETERMINAREA CONSTANTEI BOLTZMANN PRIN MÅSURAREA
CURENTULUI DE DIFUZIE ÎNTR-UN TRANZISTOR
0
TRANZISTOR
1. Scopu uc!!## Scopul acestei lucråri este determinarea mårimii
constantei
Boltzmann. Pentru determinare, se folose¿te dependen¡a
caracteristicii curent-tensiune din circuitul de colector al unui
tranzistor, de anumi¡i parametri (printre care ¿i constanta
Boltzmann).
$. T%o!#& uc!!## Pentru a întelege func¡ionarea unui
tranzistor, vom eamina
ini¡ial !onc¡iunea p-n. " !onc¡iune semiconductoare p-n, este un
ansam#lu format din alipirea unui semiconductor de tip p cu unul de
tip n$ (vezi %gura $)&
'ig. $
ntre cele douå regiuni n ¿i p, eistå o diferen¡å de concentra¡ii de
electroni respectiv de goluri corespunzåtor acestui gradient de
concentra¡ii va apare tendin¡a de egalare a concentra¡iilor prin
difuzie de electroni cåtre regiunea Sp, respectiv de goluri cåtre
regiunea Sn (vezi %gura $). Simultan cu acest proces, au loc
fenomene de recom#inare, adicå de ani*ilare a perec*ilor
electron-gol. n acest fel, la contactul celor douå regiuni
semiconductoare, apare pe o lungime l ≈ $+- cm,
un c'(p %%c)!#c *% +&!&, care împiedicå difuzia
ulterioarå de purtåtori. ona de lungime l se nume¿te )!&)
&u /o0 *% +&!&,. lectronii difuza¡i din Sn cåtre Sp,
vor % minoritari în noua regiune fa¡å de goluri
1 Semiconductorii de tip n sau p reprezintå semiconductori
dopa¡i cu impuritå¡i în mod controlat. n semiconductorii de tip n,
impuritå¡ile sunt donoare iar conduc¡ia este mediatå de electroni
în cei de tip p, impuritå¡ile sunt acceptoare iar conduc¡ia este
mediatå de goluri.
1
corepunzåtor, în regiunea Sp, golurile vor reprezenta purtåtorii
ma!oritari iar electronii, purtåtorii minoritari. /nvers, în
regiunea Sn, electronii vor % purtåtori ma!oritari iar golurile,
purtåtori minoritari.
" !onc¡iune poate % polarizatå în sens direct (polul pozitiv al
sursei este aplicat pe regiunea Sp iar cel negativ pe regiunea Sn)
sau în sens invers dacå polaritatea sursei este sc*im#atå (vezi
%gura 0). n primul caz apare un c1mp electric eterior opus c1mpului
# corespunzåtor, c1mpul electric total va scådea u¿ur1nd deplasarea
purtåtorilor. Similar, la polarizarea inverså c1mpul electric total
(de acela¿i sens cu cel de #ara!) va cre¿te, împiedic1nd
deplasarea purtåtorilor.
Se poate aråta cå în anumite condi¡ii indeplinite la ma!oritatea
semiconducto rilor, intensitatea curentului prin !onc¡iune va
cre¿te eponen¡ial cu tensiunea directå aplicatå. 2a polarizarea
inverså curentul va scådea în primå fazå eponen¡ial, ating1nd o
valoare de satura¡ie etrem de reduså.
'ig. 0 'ig. 3
Prin montarea a douå !onc¡iuni semiconductoare în opozi¡ie, se
o#¡ine un )!&0/#)o! (%gura 3). 4acå cele trei regiuni
semiconductoare sunt succesiv de tip n-p-n, tranzistorul este de
tip npn (secven¡a p-n-p genereazå un tranzistor de tip pnp). 5ele
trei regiuni se numesc corespunzåtor %(#)o!2+&/2 co%c)o!. Prima
!onc¡iune (realizatå la contactul #azå-emitor) este
polarizatå în sens direct ¿i se nume¿te ,o0c3#u0%
+&/-%(#)o!. 6 doua !onc¡iune (la contactul #azå-colector) este
polarizatå invers ¿i se nume¿te ,o0c3#u0%
+&/-co%c)o!.
n urma polarizårii directe a emitorului, în circuit apare un curent
propor¡ional cu tensiunea 7 aplicatå. Purtåtorii genera¡i vor trece
prin #azå, din emitor în colector (fårå pierderi su#stan¡iale,
deoarece #aza este foarte su#¡ire ¿i deci recom#inarea în ea este
negli!a#ilå). lectronii in!ecta¡i din emitor, vor genera deci în
colector un curent de difuzie dat de&
I I e
($)
unde e+ 8 $,9×$+-$: 5 este sarcina electronului,
/+ valoarea curentului de satura¡ie la polarizare inverså, ;
temperatura a#solutå(în <elvin) iar = este constanta Boltzmann.
2ogaritm1nd rela¡ia de mai sus, o#¡inem&
2
k T = +
0 (0)
Se o#servå cå dependen¡a dintre ln/ ¿i 7 este o dreaptå de
pantå
m e
k T =
constanta Boltzmann pe #aza rela¡iei&
k e
m T =
0 (3)
4. D%c!#%!%& #0)&&3#%# %5p%!#(%0)&% 4ispozitivul
eperimental cuprinde un tranzistor de tip npn
'ig. 'ig. @
;emperatura este înregistratå de un termometru ;m, introdus
în cuptorul 5.
Sursa de curent continuu S0, polarizeazå direct !onc¡iunea
emitor-#azå a tranzistorului ; prin intermediul rezisten¡ei > 8
$,$=
(%gura @). ;ensiunea 7 dintre emitor ¿i #azå, este måsuratå de un
voltmetru A de curent continuu (7/C;) iar curentul de colector este
måsurat de un miliampermetru m6 de curent continuu (C6A"- 3@)
.
6.Mo*u *% uc!u a) Pentru început se fac determinåri la temperatura
camerei
(sursa S$ deconectatå). 5u poten¡iometrul P$ %at la minim, se
alimenteazå sursa S0 de la re¡eaua de 00+A c.a.Pornirea sursei se
face prin rotirea comutatorului notat cu DE7pF.
#) Se %eazå domeniile de måsurare ale voltmetrului (scala de $A
c.c.) ¿i ale miliampermetrului (scala @m6 c.c.).Se cite¿te
temperatura camerei ;+ la termometrul ;m.
c) Se variazå tensiunea 7 cu a!utorul poten¡iometrului sursei
(notat cu D7F), în trepte de c1te +,+0A, încep1nd cu tensiunea de
desc*idere a !onc¡iunii (aproimativ +,@A), p1nå la +,99A. (5itirea
tensiunii 7 se va face pe voltmetrul 7/C; ¿i nu pe voltmetrul
sursei S0).
3
d) Simultan cu valorile tensiunii se citesc valorile
corespunzåtoare ale curentului de colector datele o#¡inute se trec
în ta#elul de mai !os&
7(A) /(6) ln/
e) Se pune în func¡iune redresorul S$ ¿i se %eazå poten¡iometrul P$
pe o pozi¡ie oarecare. Se a¿teaptå sta#ilizarea temperaturii un
interval de c1teva minute. Se repetå determinårile de la punctele
c) ¿i d) pentru încå douå valori diferite ale temperaturii
;$ ¿i ;0, citite la termometrul ;m.
7. I0*#c&3## p%0)!u p!%uc!&!%& *&)%o!
%5p%!#(%0)&% a) Se traseazå printre puncte, dreptele ln/ 8 f(7)
dreptele vor
% trasate cu sim#oluri diferite, pentru cele trei temperaturi ;+,
;$,¿i ;0, pe acela¿i gra%c.
#) Se calculeazå pantele celor trei drepte. c) 4in rela¡ia (3) se
determinå valorile constantei Boltzmann
pentru cele trei temperaturi se face media valorilor
o#¡inute.
4