2. Описание лабораторной установки.

Лабораторная работа представляет собой установку, в состав которой входят:

• источник света с регулируемой величиной освещенности. (рег. R1)

• три типа фотоэлементов (вакуумный фотоэлемент, фоторезистор, фотодиод)

• блок коммутации позволяющий подключать миллиамперметр, вольметр и регулируемое напряжение питания к соответствующим фотоэлементам (перекл. П1)

• блок питания.

Функциональная схема лабораторной установки представлены на рис. 6.10.

Рис. 6.10 Функциональная схема лабораторной установки.

Перед выполнением работы следует ознакомится с внешним видом, описанием работы и органами управления лабораторной установки.

3. Задание.

1. Снять семейство вольт-амперных и световых характеристик фотоэлемента. Рассчитать удельную чувствительность в заданной рабочей точке.

2. Снять семейство вольт-амперных и световых характеристик фоторезисторов. Рассчитать удельную чувствительность и темновую кратность сопротивления.

3. Снять вольт-амперные характеристики фотодиода в вентильном и диодном режимах.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Требования безопасности.

• пройти инструктаж по техники безопасности:

• расписаться в соответствующем журнале.

4.2. Экспериментальная часть:

• включить лабораторную установку (перекл. сеть в положение вкл.).

• выбрать тип исследуемого элемента переключателем П1.

• для снятия вольт-амперных характеристик, задать значение освещенности L резистором R1. Меняя значения напряжения на фотоэлементах резисторами R2-R4, снять показания миллиамперметра и вольтметра.

• для снятия световых характеристик, фиксируем величину приложенного напряжения (U_фэ, U_фр, U_фд)

• меняя величину освещенности L снимаем показания миллиамперметра.

• для снятия вольт-амперной характеристики диода в вентильном режиме фиксируем величину освещеннолсти L и меняя величину сопротивления нагрузки R₅ снимаем показания миллиамперметра и вольтметра.

5. Оформление отчета.

Отчет должен содержать:

а) цель работы.

б) функциональную схему лабораторной установки.

в) краткое описание каждого типа фотоэлемента.

г) таблицы с экспериментальными данными и графическими зависимости

; для всех типов фотоэлементов.

д) выводы по работе.

Контрольные вопросы.

1. Внешний фотоэффект.

2. Внутренний фотоэффект.

3. Фотоэффект в запирающем слое.

4. Сравнительная характеристика фотоэлементов, фоторезисторов и фотодиодов.

Лабораторная работа №7. Исследование датчиков холла

Цель работы: Изучение принципа действия и назначения датчиков Холла; определение статической характеристики. Работа выполняется в течение одного занятия. Перед выполнением работы необходимо по настоящим указаниям ознакомиться с физическими основами работы гальваномагнитных полупроводниковых приборов.

1. Общие сведения.

1. Гальваномагнитные эффекты.

Под гальваномагнитным полупроводниковым прибором понимают устройство, в котором используется два гальваномагнитных эффекта - эффект Холла и эффект изменения сопротивления в магнитном поле. Сущность этих явлений можно уяснить с помощью рис.7.1, на котором изображена прямоугольная полупроводниковая пластина, к узким боковым граням которой с помощью электродов подводится электри­ческий ток . Посередине широких боковых граней пластины друг против друга находятся еще два электрода. Вольтметр под­ключен к контактам, подводящим ток, а вольтметр - ко второй паре контактов, расположенных на широких гранях пластины. Поместим полупроводниковую пластину в воздушный зазор электромаг­нита. Если через обмотку электромагнита ток не течет, то вольтметр покажет напряжение равное , где - активное сопротивление пластины. Индекс 0 - означает, что сопротивление пластины измерено в отсутствии магнитного поля . Другой прибор не покажет напряжение; поскольку контакты, к которым он присоединен, находятся на линии равного потенциала. Если через обмотку электромагнита пропустить ток, то полу­проводниковая пластина окажется в магнитном поле с индукцией . Вектор при этом направлен перпендикулярно плоскости пластины. Тогда вольтметр покажет высокое напряжение, т.е. сопротивление увеличится на некоторую величину ; прибор отметит некоторое напряжение . Исследование влияния напряженности и полярности магнитного поля на холловское напряже­ние и на изменение сопротивления показывает, что независимо от вида полупроводникового материала эти эффекты характеризуются следующими свойствами:

а) Напряжение Холла меняет знак при изменении полярности магнитного поля. При этом одинаковым (по абсолютной вели­чине) значениям индукции соответствуют примерно одинаковые абсолютные значения напряжения Холла. В первом приближении напряжение Холла, пропорционально величине и выражается следующей формулой:

(7.1)

где - толщина пластины в направлении вектора магнитной индукции; - постоянная Холла, величина характерная для каждого полупроводникового материала и зависящая, вообще говоря, от .

б) Величина, - на которую увеличивается сопротивление пластины при включении магнитного поля, не зависит от направления тока в обмотке электромагнита. Для сопротивления в маг­нитном поле с индукцией существует приближенная зависимость:

(7.2)

В малых магнитных полях функция, зависящая только от абсолютной величины , пропорциональна . Таким образом, гальваномагнитными называют такие преобразователи, принцип действия которых основан на использовании физических явлений, возникающих при воздействии магнитного поля на движу­щийся заряд.

В настоящее время известно четыре гальваномагнитных эффекта - два поперечных и два продольных. Поперечный эффект Холла состоит в возникновении поперечной разности потенциалов (э.д.с. Холла), пропорциональной магнитной индукции и току, протекающему по проводнику. Эффект Эттингаузена - в появлении поперечной разности температур. Эффект изменения сопротивления в магнитном поле - в изменении продольного сопротивления проводника и эффект Нериста - в появлении продольной разности температур.

Из указанных эффектов в технике широкое применение нашли только Холла и эффект Гаусса (магнитосопротивления).

Рис. 3.

Как правило, в большинстве гальваномагнитных преобразо­вателей одновременно в той или иной мере возникают несколько или все четыре гальваномагнитных эффекта. Вместе с тем специфические особенности преобразователей, способствующие наиболее яркому проявлению того или иного эффекта, позволяют разделить их на преобразователи Холла, и преобразователи, основанные на изменении внутреннего сопротивления.