1. Hiện tượng nhiệt điện do ai phát hiện ra và vào năm nào ?
……… 2. Nguyên nhân xuất hiện một hiệu điện thế tại nơi tiếp xúc của hai kim loại khác nhau là gì ?
………. ……… ……… 3. Viết biểu thức suất điện động ε của cặp nhiệt điện phụ thuộc vào nhiệt độ đầu nóng và đầu lạnh của cặp nhiệt điện - Biểu thức (2-1)
……… ……… 4. Nếu núm Range của mV kế bật về vị trí 15mA thì độ lớn của một vạch mV kế bằng bao nhiêu mV
……… 5. Nêu ứng dụng của cặp nhiệt điện
………..
III. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
1. Giai đo của mV kế :...mV
2. Trong bài thí nghiệm này độ lớn một vạch của mV kế : ………….mV 3. Nhiệt độ T2 = …………..0C
4. Bảng số liệu nhiệt độ đầu nóng T1 của cặp nhiệt điện Số vạch ε T1 ( T1 – T 2 ) 1 0,5mV 2 1mV 3 1,5mV 4 2mV 5 2,5mV 6 3mV
5. Vẽ đồ thị thực nghiệm ε = f ( T1 – T2 )
6. SV so sánh đồ thị thực nghiệm với đồ thị lí thuyết của hiện tượng nhiệt điện. Kết luận
công thức lí thuyết ( 2 -1) có phù hợp với thực nghiệm không?
...
(T1 – T2)
Các eletron dùng chung trong một liên kết đồng hóa trị
BÀI THÍ NGHIỆM 3 KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA DIODE
I. MỤC ĐÍCH
Dùng thí nghiệm kiểm chứng lại công thức lí thuyết dòng điện I chạy qua diode bán dẫn. 0 0 1 e U kT I I e (3-1) II. LÍ THUYẾT
II.1. CHẤT BÁN DẪN TINH KHIẾT
Các nguyên tử có 4 electron ở lớp ngoài cùng (hóa trị 4) như: Silicon (Si), Germanium (Ge)...Khi kết tinh chúng liên kết với nhau bởi 4 đôi electron góp chung với 4 nguyên tử lân cận, gọi là liên kết đồng hóa trị (Hình 1).
Hình 1
Ở nhiệt độ thấp, các tinh thể Si, Ge... tinh khiết không có các electron tự do, chúng là các chất cách điện. Tuy nhiên, ở nhiệt độ bình thường, năng lượng chuyển động nhiệt đủ lớn để cho một số các electron bức ra khỏi nối liên kết đồng hóa trị, trở thành electron tự do và để lại ở nguyên tử một lỗ trống p. Lỗ trống này như một cái bẫy, có thể bắt electron của nguyên tử bên cạch và tạo ra một lỗ trống p mới. Cơ chế này cho phép các lỗ trống có thể dịch chuyển tự do trong tinh thể. Sự dịch chuyển các lỗ trống trong tinh thể tương đương với sự dịch chuyển một hạt điện có điện tích +e.
Như vậy, nhờ quá trình ion hóa vì nhiệt, hai hạt mang điện tự do electron và lỗ trống đồng thời xuất hiện trong tinh thể Si, Ge… hay còn gọi là chất bán dẫn tinh khiết, với nồng độ bằng nhau (ne = np ) và cùng tham gia vào quá trình dẫn điện.
II.2. BÁN DẪN TẠP CHẤT
Khi pha tạp chất hóa trị 5, chẳng hạn Phosphor (P) vào tinh thể Si, 4 trong 5 electron hóa trị của nguyên tử P liên kết đồng hóa trị với 4 electron của nguyên tử Si chung quanh, còn lại 1 electron có liên kết rất yếu với nguyên tử P, dễ bị bức ra khỏi nguyên tử P trở thành electron tự do. Như vậy cứ pha một nguyên tử P tạp chất vào tinh thể Si sẽ tạo ra một electron tự do. Ở nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt đủ để ion hóa toàn bộ các nguyên tử tạp chất P trong mạng tinh thể Si, tạo ra rất nhiều electron tự do. Hạt electron tự do chiếm đa số so với lỗ trống, tức là ne > np. Chất bán dẫn pha tạp chất có hạt tải điện
chiếm đa số là hạt electron, được gọi là chất bán dẫn loại n. Lỗ trống gọi là các hạt tải điện thiểu số trong chất bán dẫn loại n.
Nếu pha vào tinh thể Si một tạp chất có hóa trị 3, chẳng hạn Gallium (Ga). Khi liên kết với 4 nguyên tử Si ở chung quanh, Ga bị thiếu 1 electron, tạo ra một nối liên kết khuyết. Nó bắt 1 electron của nguyên tử Si ở chung quanh và tạo ra một lỗ trống tự do. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Như vậy cứ pha một nguyên tử Ga vào tinh thể Si sẽ tạo ra một lỗ trống p. Trong chất bán dẫn Si pha tạp chất Ga số lỗ trống tự do chiếm đa số so với hạt electron tự do,
np > ne. Chất bán dẫn pha tạp chất có hạt tải điện chiếm đa số là lỗ trống, được gọi là chất bán dẫn loại p. Hạt electron gọi là các hạt tải điện thiểu số trong chất bán dẫn loại p.
II.3. LỚP CHUYỂN TIẾP P-N
Khi cho hai chất bán dẫn loại p và loại n tiếp xúc nhau. Do nồng độ hạt electron dẫn tự do bên n lớn hơn bên p nên có sự khuếch tán hạt electron từ chất bán dẫn n sang chất bán dẫn p. Ngược lại, do nồng độ lỗ trống tự do bên chất bán dẫn p lớn hơn chất bán dẫn n nên có sự khuếch tán lỗ trống từ chất bán dẫn p sang chất bán dẫn n. Kết quả tại vùng tiếp xúc của chất bán dẫn p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi tại vùng tiếp xúc của chất bán dẫn n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Vì vậy, một điện trường tiếp xúc Etx được hình thành tại nơi tiếp xúc của hai khối bán dẫn, còn gọi là lớp chuyển tiếp p-n (Hình 2). Điện trường này có hướng từ khối bán dẫn n đến khối bán dẫn p, có tác dụng cản lại dòng các hạt tải điện đa số qua lớp chuyển tiếp p-n nhưng lại có tác dụng gia tốc các hạt tải điện thiểu số qua lớp p-n. Sau một thời gian thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt, điện trường của lớp chuyển tiếp p-n ổn định, và giữa hai chất bán dẫn loại n và p có một hiệu điện thế tiếp xúc. Đối với chất bán dẫn Si thì hiệu điện thế tiếp xúc Utx = 0,6 V, còn đối với Ge thì Utx = 0,3 V.
Hình 2
II.4. ĐẬC TÍNH CHỈNH LƯU CỦA LỚP CHUYỂN TIẾP P-N II.4.1. DIODE PHÂN CỰC THUẬN
Diode bán dẫn là một lớp chuyển tiếp p-n.
Nếu điện thế dương (+) đặt lên bán dẫn p và điện thế âm (-) đặt lên bán dẫn n thì lớp chuyển tiếp p-n được phân cực thuận. Khi đó điện trường ngoài E có chiều hướng từ p sang n ngược chiều với điện trường tiếp xúc Etx (Hình 13). Nếu E đủ lớn, nó sẽ triệt tiêu điện trường tiếp xúc Etx. Do không còn sự ngăn cản dòng khuếch tán các hạt tải điện đa số qua lớp chuyển tiếp p-n nên dòng điện I qua lớp p-n do các hạt tải điện đa số tạo ra lớn.
Hình 3
II.4.2 DIODE PHÂN CỰC NGHỊCH
Nếu điện thế âm (-) đặt lên bán dẫn p và điện thế dương (+) đặt lên bán dẫn n thì lớp chuyển tiếp p-n được phân cực nghịch. Khi đó điện trường ngoài E có chiều hướng từ n sang p cùng chiều với điện trường tiếp xúc Etx (Hình 4). Điện trường ngoài có tác dụng ngăn cản dòng các hạt tải điện đa số qua lớp chuyển tiếp p-n, chỉ cho dòng các hạt tải điện thiểu số qua lớp p-n. Cường độ dòng các hạt này nhanh chóng tăng đến mức bão hòa, thường gọi là dòng điện ngược bão hòa và ký hiệu là I0. Tuy nhiên, nồng độ các hạt thiểu số rất nhỏ, nên giá trị I0 chỉ vào cỡ 10 -9 (A).
Hình 4 tx E - - + + - - + + - - + + + - + n p E + - - + - + - + - + tx E n p - - - + + + - - - + + + - - - + + + - + tx E n p E + -
II.4.3. CÔNG THỨC LÍ THUYẾT DÒNG ĐIỆN I CHẠY QUA DIODE
Từ lí thuyết Vật lý bán dẫn người ta đã dẫn ra công thức: 0 0 1 e U kT I I e (3.1)
Dòng điện I chạy qua diode phụ thuộc vào hiệu điện thế ngoài U giữa hai đầu diode theo qui luật toán học hàm mũ.
Trong đó: 0
I : cường độ dòng điện ngược bão hòa 0
e = 1,6.10-19 C
k = 1,38.10-23 J/K là hằng số Boltzmann
T: nhiệt độ tuyệt đối (K).
Khi lớp p-n phân cực nghịch (U < 0) thì dòng điện qua lớp p-n: I I0
Đồ thị I f U (Hình 5) diễn tả sự phụ thuộc của dòng điện I qua diode vào hiệu điện thế U đặt giữa hai cực của nó theo công thức (3.1) được gọi là đường đặc trưng Von- Ampe (V-A).
Hình 5
II.5. Diode bán dẫn
Lớp chuyển tiếp p-n và đặc tính chỉnh lưu của nó được ứng dụng để tạo ra một dụng cụ bán dẫn gọi là diode, là dụng cụ không thể thiếu được trong các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành một chiều và nhiều ứng dụng khác trong kỹ thuật điện tử. Ký hiệu của diode trong mạch điện:
U (V) I (mA)
Trong thí nghiệm này, ta vẽ đường đặc trưng Von-Ampe của diode từ số liệu thực nghiệm. Nếu đường đặc trưng V-A thực nghiện tương đồng với đường lí thuyết (Hình 5) chứng tỏ công thức lí thuyết (3-1) phù hợp với thực nghiệm
III. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM
Thành phần bộ thí nghiệm bao gồm: 1) Một diode bán dẫn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2) Một điện trở Rc 820. 3) Bộ dây nối mạch điện.
4) Bộ thí nghiệm MC – 957 (Hình 6) gồm có các bộ phận sau:
Hình 6
a) Vôn kế V:
Đồng hồ đo của Vôn kế có 50 khoảng chia nhỏ nhất.
P N Đèn LED Bộ thí nghiệm MC-957 0 0 0 P N Q G +12V +12V V A2 A1 1V 2.5V 10V 20V Range V Range A2 Range A1 PNP NPN K D 1mA 10mA 20mA 100mA U2 U1 - + - + 100A 500A 1mA 10mA I F M H
Giá trị của vị trí núm RANGE
Tổng số khoảng chia nhỏ nhất trên đồng hồ đo Vôn kế V có các giai đo: 1V, 2,5V, 10V, và 20V. Để thay đổi giai đo của Vôn kế V vặn núm Range V. Ứng với từng giai đo, các vạch trên đồng hồ đo sẽ có giá trị khác
nhau. Độ lớn một khoảng chia nhỏ nhất (khoảng cách giữa hai vạch liên tiếp) trên đồng hồ đo được xác định như sau:
Độ lớn khoảng chia nhỏ nhất =
Ví dụ: Theo Hình 7 núm RANGE ở vị trí 1V. Cho nên độ lớn của 1 khoảng chia nhỏ nhất là: 1/50 = 0,02V.
Vì vạch trên đồng hồ đo trùng với kim V kế là vạch 13. Nên có giá trị tương ứng là: 130,02 = 0,26 V
Nếu núm RANGE ở vị trí 2,5V thì vạch 13 sẽ có giá trị là: 13(2,5/50) = 0,65 V.
Hình 7
b) Ampe kế A1 và A2:
Đồng hồ đo Ampe kế có 50 khoảng chia nhỏ nhất.
Ampe kế A1 và A2 có hệ thống giai đo khác nhau. Để thay đổi giai đo của Ampe kế A1 và A2 vặn núm Range A1 và Range A2 tương ứng. Ứng với từng giai đo, các vạch trên đồng hồ đo sẽ có giá trị khác nhau. Cách xác định độ lớn một khoảng chia nhỏ nhất tương tự như của vôn kế V.
c) Núm K dùng để đóng hay mở nguồn điện cung cấp cho bộ thí nghiệm (mở thì đèn LED sáng, đóng thì đèn LED tắt).
d) Núm D dùng để chuyển mạch “pnp/npn”. Trong bài thí nghiệm này, núm D phải luôn luôn bật về vị trí NPN.
e) Biến trở núm xoay U1, U2 dùng để thay đổi điện áp cung cấp cho mạch điện.
Lưu ý sử dụng:
Mọi thao tác tháo lắp mạch điện trên mặt máy của bộ thí nghiệm MC-957 đều phải thực hiện khi bộ thí nghiệm được ngắt điện hoàn toàn, tức là phích cắm của nó được rút ra khỏi ổ cắm điện. kim V kế 0 1V 2.5V 10V Range V 20V
+12V A2 + V + Rc 820 G N P Q U2 - -
Khi vặn các núm Range để thay đổi các giai đo, bắt buộc phải giảm điện áp cung cấp cho mạch điện về zero, tức là vặn núm xoay U1 hoặcU2 về tận cùng bên trái.
Trong bài thí nghiệm này không sử dụng Miliampe kế A1 và núm xoay U1.
IV. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM Chú ý quan trọng:
1/ Mọi thao tác tháo lắp mạch điện trên mặt máy của bộ thí nghiệm MC-957 đều phải
thực hiện khi ngắt điện và rút phích cắm nguồn của nó ra khỏi ổ điện 220V.
2/ Khi vặn chuyển mạch để thay đổi các giai đo, phải giảm điện áp các nguồn cung cấp U1 vàU2 về 0.
IV.1. PHẦN CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phần chuẩn bị gồm 4 bước theo trình tự sau: Bước 1: Quan sát và tìm hiểu dụng cụ thí nghiệm.
Lưu ý: Nếu chưa nắm rõ dụng cụ thí nghiệm thì chưa được tiến hành thí nghiệm. Bước 2: Đăng ký thí nghiệm và mượn hộp đựng diode, dây nối tại bàn giáo viên. Bước 3: Kiểm tra núm D đã gạt về phía NPN chưa. Nếu chưa hãy điều chỉnh lại.
Bước 4: Kiểm tra núm U2 đã xoay về tận cùng trái chưa. Nếu chưa hãy xoay về tận cùng trái.
IV.2. PHẦN THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM
Lưu ý:Trước khi bắt đầu sử dụng dụng cụ để thực hiện thí nghiệm, cần phải nắm rõ và nhớ các bước thao tác thí nghiệm. Nếu có bước nào không rõ nên nhờ giáo viên hướng dẫn.
IV.2.1. DIODE PHÂN CỰC THUẬN
Thí nghiệm gồm 10 bước theo trình tự sau:
Hình 8
Bước 1: Sử dụng diode và dây nối trong hộp để mắc mạch điện trên mặt máy theo sơ đồ
Hình 8:
2. Tiếp theo, lấy diode lắp vào mạch điện dưới hai ốc Q và G sao cho đầu P của diode ở phía ốc G và đầu N của diode ở phía ốc Q.
Chú ý:
- SV hay mắc sai chiều của diod.
- Khi mắc diode có hai trường hợp: vặn vào ốc hay cắm vào ốc. Nếu Sinh viên không rõ nhờ Giáo viên hướng dẫn
3. Sau đó, vặn hai ốc Q và G theo chiều kim đồng hồ đến khi diode gắn chặt vào hai ốc (không vặn quá chặt).
4. Dùng dây nối thứ nhất cắm một đầu vào ốc Q, còn đầu còn lại cắm vào ốc (-) của Vôn kế.
5. Tiếp theo, dùng dây nối thứ hai cắm một đầu vào ốc G, còn đầu còn lại cắm vào ốc (+) của Vôn kế.
6. Dùng dây nối thứ ba cắm ngang vào lỗ trống của đầu dây nối thứ hai đã cắm vào ốc G, còn đầu còn lại cắm vào ốc (-) của Ampe kế A2.
7. Sau đó, dùng dây nối thứ tư cắm một đầu vào ốc (+) của Ampe kế A2 và đầu còn lại cắm vào ốc N.
Lưu ý:
- Không được tháo điện trở Rc được gắn sẵn vào hai ốc N và P.
- Trên thực tế cách thức mắc mạch điện có thể thay đổi đôi chút do có sự khác biệt về dụng cụ. Nếu gặp trường hợp này nên nhờ sự giúp đỡ của giáo viên.
Bước 2: Thiết lập các thông số cho mạch điện như sau:
1. SV vặn núm thay đổi giai đo của Vôn kế về vị trí 1V, tương ứng một vạch nhỏ nhất bằng 0,02V
2. SV vặn núm thay đổi giai đo Ampe kế A2 về vị trí 10mA, tương ứng một vạch nhỏ nhất bằng 0,2mA
3. SV ghi giai đo của Vôn kế, Ampe kế và giá trị tương ứng của một vạch vào
báo cáo thí nghiệm
4. Sinh viên ghi giá trị tương ứng của các vạch đã cho (0, 10, 15, 20, 22, 25, 28, 30, 31, 32) của Vôn kế trong bảng 1 của báo cáo thí nghiệm ra đơn vị V
Bước 3: Mời giáo viên lại kiểm tra mạch điện. Nếu chưa làm bước này tuyệt đối không được chuyển sang các bước tiếp theo.
A2 + V + Rc 820 +12V U2 G N P Q - - (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 5: Nhẹ nhàng kiểm tra lại núm U2 đã vặn về tận cùng trái chưa Bước 6: Ấn hoặc gạt núm K để mở nguồn điện của bộ thí nghiệm. Bước 7: Vặn từ từ núm U2 theo chiều kim đồng hồ:
1. Sao cho kim Vôn kế di chuyển đến trùng với vạch thứ 32 (tương ứng 0,64 V). SV quan sát kim của Ampere kế A2 trùng với vạch thứ mấy và ghi số vạch đó