Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Метод измерения.
|
|
 |
При определении температурной зависимости электропроводности полупроводников необходимо выбирать метод измерения, который исключает влияние термо-э. д. с., возникающей в местах соприкосновения подводящих проводов с полупроводником. В данной работе применяется компенсационная схема на пульсирующем токе. Через образец и последовательное включенное сопротивление R пропускается ток I (рис 6). Падение напряжения U между измерительными зондами 1 и 2 сравнивается с напряжением на сопротивлении UR. Изменяя сопротивление R, можно установить U=UR. Так как через образец и сопротивление R течет ток I, то сопротивление образца между зондами 1 и 2 будет равно UR/I.
Принципиальная схема установки, на которой проводятся измерения, показана на рис. 7.
Ток I, проходящий через образец и эталонное сопротивление R, с помощью переключателя П1 преобразуется в переменный (прямоугольной формы). Переключатели П1, так же как П2 и П3, представляют собой поляризованные реле, обмотки которых питаются от сети (50 Гц). Все переключатели работают синхронно и в определенном фазовом соотношении, как показано
 |
на рис. 7. Когда течет ток через образец в одном направлении (I+), конденсатор С1 соединен с сопротивлением R, а С2 - с образцом. При другом направлении тока (- I-) положение конденсаторов меняется. Все эти циклы переключений повторяются 50 раз в секунду и создают в цепи гальванометра Г пульсирующий постоянный ток, вызванный разностью напряжений на эталонном сопротивлении и на образце.
Рассмотрим действие переключателей П2 и П3 без учета влияния конденсатора С3 (предположим, что он закорочен). Когда конденсатор С1 подключен к R и идет ток I+, то конденсатор заряжается до напряжения UR+=I+R. В следующий цикл переключения, когда ток меняет направление на I-, конденсатор С1 соединяется через гальванометр Г с измерительными зондами 1 и 2, между которыми имеется разность потенциалов U-=I-r, где г - сопротивление образца между зондами. Если предположим, что отсутствует термо-э. д. с. на измерительных зондах и что I+= -I-, то
и, следовательно, ток I1, через гальванометр может быть вызван только разностью потенциалов, равной:
(12)
При переключении конденсатора С2 в цепи измерительных зондов и образца создается ток I2, вызванный разностью потенциалов
(13)
Так как токи I1, и I2 текут в разных половинах переключений, то они, складываясь, дают в измерительных зондах переменный ток
I3=I1+I2 (14)
Изменяя сопротивление R, можно добиться отсутствия тока через гальванометр, т. е. I1 = I2 = 0, следовательно и DU1=DU2=0. При этом падение напряжения между измерительными зондами U равно падению напряжения UR на сопротивлении R., т. е. U = UR и Iг= IR.
Следовательно, при балансе схемы R = r. Из этих данных легко подсчитать проводимость образца:
(15)
где s - поперечное сечение образца;
L - расстояние между зондами.
Для того чтобы исключить влияние термо-э. д. с., вызванной градиентом температуры вдоль образца, в схему вводится блокировочный конденсатор С3. Введение этого конденсатора также уменьшает ошибку измерения, которая возникает за счет разности тока через образец в различных направлениях, т. е. 
.
Учитывая падение напряжения UC3 на конденсаторе С3, можно показать, что разности DU1 и DU2 будут равны:
(16)
Знаки напряжения DU1 и DU2 противоположны, так как в разные полупериоды через образец идут токи противоположных направлений. При некотором значении R можно добиться баланса схемы, т. е. отсутствия тока через образец и гальванометр. Ток I1, при этом благодаря конденсатору С3 исчезает одновременно с током I2. В этих условиях, когда I1 = I2 = 0, заряд и напряжение на конденсаторе С3 остаются без изменения, т. е. 
Легко показать, что условия I1 = 0; I2 = 0; DU1 = 0; DU2 = 0 и одновременно выполняются только при R = r. Действительно, равенство DU1 = DU2 = 0 при или I+R-I- r+UC3=I+r-I-R+UC3 справедливо лишь для R = r. Конденсатор С3 в момент баланса (I1 = 0; DU1 = 0) заряжается до напряжения, равного:
UC3=-(I+R-I-R) (17)
Заряд конденсатора С3 при этом обусловлен только неравенством токов .
Таким образом, мы видим, что баланс схемы наступит, как и для случая без конденсатора С3, при выполнении условия R=г. Конденсатор С3 не препятствует балансировке схемы; в то же время он блокирует гальванометр от образца по постоянному току, т. е. от различного рода термо-э. д. с., возникающих в образце.