Przećwicz

RXEYGQdJkWMci

Ćwiczenie 1

Po połączeniu półprzewodników typu p i n następuje samorzutny przepływ ładunku przez złącze. Przyczyną tego przepływ: Możliwe odpowiedzi: 1. przyciąganie elektryczne pomiędzy ładunkami przeciwnego znaku, 2. różnica w koncentracji nośników po obu stronach złącza, 3. napięcie elektryczne powstające między obszarami p i n

RwQS8cbCULR6K

Ćwiczenie 2

Która z podanych informacji nie jest prawdziwa: Możliwe odpowiedzi: 1. W półprzewodnikach samoistnych ilość dziur i elektronów swobodnych jest jednakowa., 2. Domieszkowanie półprzewodnika zwiększa ilość nośników prądu jednego rodzaju., 3. Domieszkowanie półprzewodnika zwiększa jednocześnie liczby elektronów i dziur., 4. Dziury są nośnikami ładunku elektrycznego dodatniego, a elektrony ujemnego.

Ćwiczenie 3

W którym obwodzie żarówka będzie się świecić? Uzasadnij wybór.

RJNUEkmea83dP

Ilustracja przedstawia rysunek obwodu elektrycznego, do którego podłączono diodę półprzewodnikową oraz żarówkę. Obwód elektryczny narysowano w postaci poziomego prostokąta o czarnych krawędziach i białym tle. Na dolnej krawędzi obwodu widoczne jest źródło napięcia w postaci dwóch pionowych, równoległych i krótkich odcinków. Prawy odcinek jest dłuższy a lewy krótszy i grubszy. Dłuższy odcinek symbolizuje wyższy potencjał elektryczny oznaczony znakiem plus. Lewy odcinek symbolizuje niższy potencjał elektryczny oznaczony znakiem minus. Na prawej krawędzi obwodu widoczny jest symbol żarówki w postaci okręgu o czarnych krawędziach i białym wypełnieniu. Wewnątrz okręgu widoczny jest ukośny krzyż. Na górnej krawędzi obwodu widoczne jest złącze półprzewodnikowe symbolizujące diodę. Złącze narysowano w postaci poziomego prostokąta o czarnych krawędziach i białym wypełnieniu. Prostokąt symbolizujący złącze podzielony jest pionowym odcinkiem na dwie połowy, prawą oraz lewą. Lewa połowa złącza podpisana jest małą literą p a prawa małą literą n. — Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

R1XD3YW43nq7e

uzupełnij treść

W dolnym obwodzie. Po stronie półprzewodnika p barierę tworzą ładunki ujemne, a po stronie n dodatnie, a zatem podłączenie bieguna ujemnego do półprzewodnika n i dodatniego do półprzewodnika p powoduje obniżenie bariery na złączu ( „ściąga” ładunki z bariery) i umożliwia przepływ prądu. Odwrotne podłączenie zwiększa barierę „dorzucając” ładunki do bariery.

Ćwiczenie 4

R81YmfDeMBNH8

Tekst alternatywny w opracowaniu - konsultacja merytoryczna. — Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

RugmP2tBbn32y

Napięcie na źródle prądu wynosi 1V, natężenie prądu płynącego w obwodzie I= 100mA. Charakterystyka diody przedstawia powyższy wykres. Znając prawo Ohma: U=IR gdzie U - napięcie na oporniku, I -n atężenie prądu płynącego przez opornik a R wartość oporu opornika, oszacuj wartość oporu R. R ≈ Tu uzupełnij Ω

Z wykresu, dla podanego natężenia prądu I=100mA, odczytujemy napięcie na diodzie UIndeks dolny d ≈0,27 V.

Na tej podstawie obliczamy napięcie na oporniku R, UIndeks dolny R=U- UIndeks dolny d=1 V‑0,27 V=0,73 V.

Stąd opór opornika wynosi $R = \frac{U_{R}}{I} = \frac{0, 73 V}{0, 01 A} \approx 7, 3 Ω$

R1esUXyMVMXXQ

Ćwiczenie 4

Wybierz odpowiedź poprawną: Jeżeli przez diodę półprzewodnikową płynie prąd elektryczny o natężeniu stu miliamperów pod wpływem przyłożonego napięci równego jeden wolt, to opór diody jest w tych warunkach równy: Możliwe odpowiedzi: 1. jeden ohm, 2. pięć ohmów, 3. dziesięć ohmów, 4. sto ohmów

Ćwiczenie 5

R6fxaHQMLZgpC

Wykres przedstawia charakterystyki diod krzemowej i germanowej w kierunku przewodzenia.
Na podstawie wykresów możemy stwierdzić, że bariera napięcia powstająca w wyniku dyfuzji nośników między obszarem typu n i p w diodzie germanowej i krzemowej wynoszą w przybliżeniu odpowiednio około:

Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

Napięcie zewnętrzne, przy którym natężenie prądu płynącego przez diodę zaczyna szybko rosnąć jest w przybliżeniu równe napięciu powstającemu w wyniku samorzutnej dyfuzji nośników przez złącze.

R95PEpRwEkqzV

Ćwiczenie 5

Zaznacz odpowiedź poprawną: Korzystając z wiedzy, że bariera napięcia powstająca w wyniku dyfuzji nośników między obszarami typu, mała litera p i mała litera n, w diodzie germanowej wynosi trzydzieści pięć setnych wolta a w diodzie krzemowej sześćdziesiąt pięć setnych wolta, możemy wywnioskować, że: Możliwe odpowiedzi: 1. Nagły wzrost natężenia prądu płynącego przez diodę germanową nastąpi dla mniejszych napięć niż dla diody krzemowej., 2. Nagły wzrost natężenia prądu płynącego przez diodę germanową nastąpi dla większych napięć niż dla diody krzemowej., 3. Nagły wzrost natężenia prądu płynącego przez diodę germanową nastąpi dla takich samych napięć, jak dla diody krzemowej.

Ćwiczenie 6

RCk0to1M4aBIv

Bariera napięcia na złączu p‑n wynosi około 0,6V. Wiedząc że średnia energia kinetyczna ruchów termicznych elektronów swobodnych opisywana jest wzorem E=3k_BT/2, gdzie k_B = 1,38·10 ^-23 J/K to stała Boltzmana, a T to temperatura w skali Kelvina. Oblicz ile razy energia ruchów termicznych elektronów w temperaturze pokojowej T=293K= 20°C, jest mniejsza od energii potrzebnej do przeskoczenia bariery. Związek zmiany energii elektrycznej ładunku i napięcia elektrycznego opisuje wzór ΔE=qU, Ładunek elektronu q=1,6·10^-19C. Energia kinetyczna jest około Tu uzupełnij razy mniejsza niż energia potrzebna na pokonanie bariery.

Średnia energia kinetyczna ruchów termicznych elektronów swobodnych opisywana jest wzorem

E = 3 k_{B} T,

gdzie kIndeks dolny B = 1,38·10 Indeks górny -23 J/K to stała Boltzmana, a T to temperatura w skali Kelvina. Związek zmiany energii elektrycznej ładunku i napięcia elektrycznego opisuje wzór deltaE=qU.

Obliczamy energię potrzebną do przeskoczenia przez elektrony bariery napięcia 0,6V, korzystając ze wzoru deltaE=qU = 1,6·10Indeks górny -19C·0,6 V=0,96·10Indeks górny -19 J. Obliczamy energię kinetyczną elektronu w temperaturze pokojowej T=293K=20° C.

$E = \frac{3 k_{B} T}{2} = \frac{3 \cdot 1, 38 \cdot 10^{- 23} \cdot 293}{2} = 6, 06 \cdot 10^{- 21} J$

Obliczamy stosunek $\frac{Δ E}{E} = \frac{0, 96 \cdot 10^{- 19} J}{6, 06 \cdot 10^{- 21} J} \approx 16$

Ćwiczenie 7

R1aoJU6y5hSVz

Oblicz, w jakiej temperaturze średnia energia kinetyczna ruchów termicznych elektronów jest równa energii potrzebnej do przeskoczenia bariery na złączu p‑n w diodzie krzemowej. Odpowiedź: Tu uzupełnij K

Korzystamy ze wzoru: $E = \frac{3 k_{B} T}{2}$ obliczamy temperaturę, w której średnia energia kinetyczna elektronów jest równa energii bariery:

$T = \frac{2 E}{3 k_{B}}$

energia bariery:

$E = q U = 0, 96 \cdot 10^{- 19} J$

Stąd:

$T = \frac{2 \cdot 0, 96 \cdot 10^{- 19}}{3 \cdot 1, 38 \cdot 10^{- 23}} \approx 4600 K$

RpVZh0oMch40I

Ćwiczenie 8

Możliwe odpowiedzi: 1. Prąd nie popłynie., 2. Popłynie prąd o bardzo małym natężeniu - około mikroampera niezależnie od wartości przyłożonego napięcia., 3. Popłynie prąd o małym natężeniu, ale tylko do pewnej wartości napięcia, po przekroczeniu którego natężenie prądu gwałtownie wzrośnie., 4. Nie będzie płynąć prąd, aż do przekroczenia pewnej wartości napięcia, nazywanej napięciem przebicia.

Przemyśl

Przećwicz