При неизменном напряжении U на фотодиоде зависимость тока от светово­го потока будет иметь линейный характер.

11.4. Используемое оборудование

«Модуль питания», модуль «Барьерный эффект. Фотопро­водимость», «Функциональный генератор», модуль «Мультиметры», USB – ос­циллограф, минимодуль, соединительные проводники.

11.5. Задание на выполнение лабораторной работы

1. Снять семейство ВАХ фотодиода при различной освещенности.

2. По экспериментальным данным построить график зависимости тока насыщения светодиода i_c от светового потока E, облучаемого фотодиод.

3. Сделать вывод об изменении ВАХ фотодиода при облучении его светом различной интенсивности.

4. По экспериментальным данным построить график зависимости фотоэдс U_BL от светового потока E.

11.6. Программа работы

1. Прочитать методические указания по подготовке и проведению лабораторной работы.

2. Получить у преподавателя вариант задания исходных данных к работе.

3. При ознакомлении с рабочим местом проверить наличие необходимых приборов и соединительных проводников (в случае отсутствия какого-либо ком­плектующего элемента типового комплекта необходимо немедленно сообщить об этом преподавателю или техническому персоналу);

4. Перед сборкой цепи проверить, чтобы все приборы на рабочем столе бы­ли выключены;

5. Согласно рис. 11.4 выполнить электрические соединения модулей для изучения характеристик фотодиода. Монтаж схемы производить при от­ключенном питании. Монтаж схемы производить на модуле «Барьерный эф­фект. Фотопроводимость».

РА1 – мультиметр в режиме измерения постоянного тока до 20 мА.

R_ДТ = 2 кОм.

Установить напряжения питания светодиода в минимальное положение, повернув ручку регулирования напряжения соответствующего канала модуля пи­тания против часовой стрелки до упора.

В качестве источника треугольного импульсного сигнала использовать мо­дуль «Функциональный генератор».

Рис. 11.4. Схема электрическая соединений типового комплекта для снятия семейства ВАХ фотодиода

6. После проверки правильности соединений схемы преподавателем или лабо-рантом, подать напряжение питания на комплект включением автоматиче­ского выключателя и УЗО «Модуля питания».

Включить мультиметр. Включить модуль «Функциональный генератор» тумблером «Питание». Установить треугольную форму сигнала, максимальную амплитуду (удерживать кнопку увеличения амплитуды 10 сек) и частоту 100Гц.

Запустить на компьютере программу «DiSco». Включить отображение ка­нала А и канала В нажатием соответствующих кнопок. Перейти в режим «XY». Установить развертку 10 мкс. Для снятия U_C необходимо установить усиление ка­налов на 0,5 В/э.

7 Определить по осциллограмме напряжение U_C, соответствующее току насыщения i_C (III квадрант вольтамперной характеристики, рисунок 11.2).

Заносить в табл. 11.1 значение напряжения U_C и тока светодиода i_VD (оп­ределяется по миллиамперметру РА).

---

Таблица 11.1

№п.п.	iVD	UC	iC	Е
1
2
…

8. Снять семейство ВАХ, для этого:

а) увеличивать силу тока в цепи светодиода регулятором напряжения модуля питания до максимально возможного с шагом 1-3 мА;

б) остановить USB-осциллограф нажатием кнопки «Сброс»;

в) в меню «Файл» выбрать пункт «Сохранить как растровый рисунок» сохранить под определенным именем (имя файла должно содержать значение тока в цепи светодиода i_VD, при котором была снята данная ВАХ);

г) приложить осциллограммы петель гистерезиса к отчету о лаборатор­ной работе.

9. Отключить питание комплекта автоматом модуля питания.

10. На каждой ВАХ определить напряжение U_C, соответствующее току на­сыщения i_C насыщения, значение заносить в табл. 11.1.

11. Для каждого пункта измерений рассчитать силу тока насыщения i_C и све­товой поток Е, полученные значения заносить в табл. 11.1.

Величина тока насыщения пропорциональна напряжению на датчике тока R_дт (канал В осциллографа), и может быть найдена из закона Ома для участка це­пи.

,

где R_дт – сопротивление датчика тока.

Световой поток светодиода рассчитывается по формуле:

,

где k_VD - коэффициент зависящий от светодиода (k_VD = 60 Кд/А), r – расстояние от источника света до приемника (r = 8 мм).

12. Построить график зависимости i_C от светового потока Е. По графику оп­ределить коэффициент пропорциональности K, как тангенс угла наклона графика i_C(E). По семейству характеристик сделать вывод об изменении ВАХ диода при облучении его светом различной интенсивности (изменение тока насыщения i_C и прямого напряжения U_пр).

13. Согласно рис. 11.5 выполнить электрические соединения модулей для определения фотоэдс.

РV1 – мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения с преде­лом 2 В.

РА1 – второй мультиметр в режиме измерения постоянного тока с пределом 20 мА.

Установить напряжения питания светодиода в минимальное положение, повернув ручку регулирования напряжения соответствующего канала модуля пи­тания против часовой стрелки до упора.

Рис. 11.5. Схема электрическая соединений типового комплекта для измерения фотоэдс

14. Увеличивать силу тока в цепи светодиода регулятором напряжения мо­дуля питания до максимально возможного с шагом 1-3 мА, заносить в табл. 11.2 значения тока протекающего через светодиод i_VD (по мультиметру РА1) и напря­жение на фотодиоде (по вольтметру РV1). Отключить питание комплекта автома­том модуля питания.

Таблица 11.2

№п.п.	iVD	UBL	Е
1
2
…

15. Построить график зависимости фотоэдс U_BL от светового потока Е.

---

16. После оформления отчета и проверки результатов преподавателем не­обходимо разобрать схему, предоставить комплект в полном составе и исправно­сти преподавателю или лаборанту.

11.7. Содержание отчета

1. Название работы. Цель работы.

2. Используемое оборудование и схемы электрических соединений.

3. Результаты измерений.

4. Результаты расчётов и построенные опытные зависимости (графики).

5. Краткие выводы по каждой работе, анализ полученных результатов:

– сравнение опытных зависимостей (графиков) с теоретическими;

– сравнение полученных экспериментальных значений с табличными, с обязательными ссылками на источники информации;

– сопоставление их расхождений с точностью измерений.

6. Обобщающий вывод по всей лабораторной работе. Вывод включает в себя:

а) основные численные результаты работы;

б) погрешность измерений, в случае относительной погрешности более 15% обязательны анализ и указание причин, приведших к снижению точности эксперимента.

11.8. Контрольные вопросы

1. Приведите определение р-п перехода?

2. Приведите определение тока насыщения?

3. Повлияет ли увеличение концентрации свободных носителей заряда в об­ласти р-п перехода на значении тока насыщения, если да то как?

4. Опишите особенности режима холостого хода и короткого замыкания фо­тодиода?

5. Почему зависимость фототока от светового потока отклоняется от линей­ной при больших потоках

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основные типы магнитного состояния вещества. Все вещества в приро­де считаются магнетиками, так как они обладают определенными магнитными свойствами и соответствующим образом взаимодействуют с внешним магнитным полем. В течение длительного времени магнетики классифицировали по внешним признакам, прежде всего по их магнитной восприимчивости k_m = M / Н, где M – намаг­ниченность (векторная сумма магнитных моментов атомов, находящихся в единице объема материала); Н – напряженность магнитного по­ля.

В зависимости от значения M характера ее зависимости от Н и температуры выделили следующие основные типы магнетиков (магнитных явлений): диамагнетики (диамагнетизм), парамагнетики (парамагнетизм), ферромагнетики (фер­ромагнетизм). Позже в самостоятельные группы выделили еще две группы материалов: антиферромагнетики (антиферромагнетизм) и ферримагнетики (ферримагнетизм). Однако при этом формальный классификационный признак k_m оказывается несостоятельным. Дело в том, что магнитные свойства вещества, представляющего собой сложную динамическую систему атомов, состоящую из большого числа ядер и электронов, определяются внутри- и межатомными взаи­модействиями элементарных носителей магнетизма: частиц, диполей, квадруполей и т. д. Только изучение видов связей и значений энергии взаимодействий ме­жду микроносителями магнетизма позволяет объяснить различные типы магнит­ного состояния вещества.

---

Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего маг­нитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнит­ный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю. Следовательно, диамагнитная восприимчивость отрицательна; по значению она весьма мала (k_m <<10^–5) и в большинстве случаев не зависит от температуры и напряженности поля. Диамагнетизм существует во всех веществах, независимо от структуры их атомов и видов связи, т. е. в жидком, твердом и газообразном состояниях. Однако в «чистом виде» он проявляется только в тех веществах (диамагнетиках), в кото­рых имеет место полная взаимная компенсация как орбитальных, так и спиновых магнитных моментов. Для веществ, в которых собственный суммарный магнит­ный момент атомных образований не равен нулю, на диамагнетизм накладывает­ся значительно больший его по значению некомпенсированный момент электро­нов. В этом случае наблюдаются другие типы магнитного состояния, подавляю­щие диамагнетизм.

Парамагнитный эффект возникает в веществах с наличием некомпенси­рованных магнитных моментов и отсутствием магнитного атомного порядка. Это проявляется в том, что в отсутствие внешнего поля векторы магнитных моментов под действием тепловой энергии располагаются равновероятно, в результате чего магнитный момент парамагнетика равен нулю. Под действием внешнего поля возникает направление преимущественной ориентации магнитных моментов, совпадающее с направлением поля, т. е. появляется положительная намагничен­ность (k_m > 0). Для большинства парамагнетиков k_m сильно зависит от температуры.

Ферромагнитный эффект состоит в том, что при температуре не выше точки Кюри (особой для каждого ферромагнетика) даже в отсутствие внешнего магнитного поля энергетически выгодно существование ферромагнитного атомного порядка. Этому порядку соответствует параллельное расположение спинов. Следовательно, даже в отсутствие внешнего магнитного поля ферромаг­нетик находится в состоянии технического насыщения (самопроизвольного или спонтанного намагничивания). Магнитная восприимчивость у ферромагнетиков имеет очень большое положительное значение и существенно зависит от напря­женности магнитного поля и температуры.

Антиферромагнитный эффект характеризуется наличием антиферромаг­нитного атомного порядка, заключающегося в том, что в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты одинаковых соседних атомов или ионов вследствие взаимодействия ориентированы антипараллельно, так что результи­рующий магнитный момент равен нулю. При воздействии внешнего поля маг­нитные моменты стремятся установиться вдоль него, и антиферромагнетик обла­дает малой положительной k_m, значение которой зависит от температуры.

Ферримагнитный эффект представляет собой нескомпенсированный ан­тиферромагнетизм (ферримагнитный атомный порядок).

---

При температуре выше точки Кюри у ферромагнетиков и точки Нееля у ан­тиферромагнетиков и ферримагнетиков атомный магнитный порядок разрушает­ся, и вещества переходят в парамагнитное состояние.

Диамагнетики и парамагнетики иногда объединяют под названием слабо­магнитных веществ, не обладающих атомным магнитным порядком, а ферро­магнетики и ферримагнетики — под названием сильномагнитных веществ, обла­дающих атомным магнитным порядком; для антиферромагнетиков характерен атомный магнитный порядок, но количественно этот эффект весьма мал.

К сильномагнитным веществам относятся не только чистые ферромагнит­ные элементы, но и ряд металлических сплавов, твердых растворов, полупроводниковых и диэлектрических соединений. Магнитный по­рядок в этих разнообразных типах веществ обусловлен наличием в их химиче­ском составе компонентов из числа переходных элементов и обменным взаимо­действием между элементарными носителями магнетизма, энергия которого пре­вышает среднюю энергию теплового движения. Типы обменных взаимодействий и механизм их действия зависят от строения вещества, параметров его микро­структуры, природы химической связи. Так, для металлов и их сплавов, у кото­рых магнитный момент обусловлен не полностью застроенным третьим слоем электронной оболочки, имеет место прямое обменное взаимодействие за счет пе­рекрытия электронов, принадлежащих соседним атомам в решетке, поскольку расстояние между атомами в данной решетке мало. В веществах, атомы которых расположены на значительном расстоянии друг от друга, прямое обменное взаи­модействие мало и возникают различные виды косвенных взаимодействий. На­пример, у редкоземельных металлов имеет место косвенный обмен через элек­троны проводимости. Для ряда кристаллических химических соединений, у кото­рых магнитоактивные носители атомных магнитных моментов разделены между собой магнитонейтральными ионами, осуществляется косвенное обменное взаи­модействие между магнитными ионами через возбужденные немагнитные про­межуточные ионы.

Для электротехники особое место среди магнитных материалов занимают ферромагнетики, они используются для производства трансформаторов, дроссе­лей, постоянных магнитов.

Общие сведения о ферромаг нетизме. К ферромагнетикам относятся: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При отно­сительно низких температурах ферромагнитами являются некоторые редкозе­мельные элементы (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий).

Все ферромагнетики характеризуются:

– кристаллическим строением;

– большим положительным значением магнитной восприимчивости (магнитной проницаемости), а также существенной и нелинейной ее зависимостью от напряженности поля и температуры;

---

Смотрите также файлы

• Макро 2 семестр.docx

• Компьютерный английский Met_196.doc

• Информатика.docx

• Задачи по физике.docx

• дневник ПГС.doc