1. Scopul lucrarii c4b2bc
Scopul acestei lucrari este determinarea marimii constantei Boltzmann. Pentru determinare, se folose¿te dependenia caracteristicii curent-tensiune din circuitul de colector al unui tranzistor, de anumiii parametri (printre care ¿i constanta Boltzmann).

2. Teoria lucrarii
Pentru a intelege funciionarea unui tranzistor, vom examina iniiial jonciiunea p-n. O jonciiune semiconductoare p-n, este un ansamblu format din alipirea unui semiconductor de tip p cu unul de tip n (vezi figura 1):

Fig. 1

¥ntre cele doua regiuni n ¿i p, exista o diferenia de concentraiii de electroni respectiv de goluri; corespunzator acestui gradient de concentraiii va apare tendinia de egalare a concentraiiilor prin difuzie de electroni catre regiunea Sp, respectiv de goluri catre regiunea Sn (vezi figura 1). Simultan cu acest proces, au loc fenomene de recombinare, adica de anihilare a perechilor electron-gol. ¥n acest fel, la contactul celor doua regiuni semiconductoare, apare pe o lungime l » 10-4 cm, un camp electric de baraj care impiedica difuzia ulterioara de purtatori. Zona de lungime l se nume¿te strat (sau zona) de baraj. Electronii difuzaii din Sn catre Sp, vor fi minoritari in noua regiune faia de goluri; corepunzator, in regiunea Sp, golurile vor reprezenta purtatorii majoritari iar electronii, purtatorii minoritari. Invers, in regiunea Sn, electronii vor fi purtatori majoritari iar golurile, purtatori minoritari.
O jonciiune poate fi polarizata in sens direct (polul pozitiv al sursei este aplicat pe regiunea Sp iar cel negativ pe regiunea Sn) sau in sens invers daca polaritatea sursei este schimbata (vezi figura 2). ¥n primul caz apare un camp electric exterior opus campului Eb; corespunzator, campul electric total va scadea u¿urand deplasarea purtatorilor. Similar, la polarizarea inversa campul electric total (de acela¿i sens cu cel de baraj) va cre¿te, impiedicand deplasarea purtatorilor.
Se poate arata ca in anumite condiiii indeplinite la majoritatea semiconducto rilor, intensitatea curentului prin jonciiune va cre¿te exponeniial cu tensiunea directa aplicata. La polarizarea inversa curentul va scadea in prima faza exponeniial, atingand o valoare de saturaiie extrem de redusa.

Fig. 2 Fig. 3

Prin montarea a doua jonciiuni semiconductoare in opoziiie, se obiine un tranzistor (figura 3). Daca cele trei regiuni semiconductoare sunt succesiv de tip n-p-n, tranzistorul este de tip npn (secvenia p-n-p genereaza un tranzistor de tip pnp). Cele trei regiuni se numesc corespunzator emitor,baza, colector. Prima jonciiune (realizata la contactul baza-emitor) este polarizata in sens direct ¿i se nume¿te jonciiune baza-emitor. A doua jonciiune (la contactul baza-colector) este polarizata invers ¿i se nume¿te jonciiune baza-colector.
¥n urma polarizarii directe a emitorului, in circuit apare un curent proporiional cu tensiunea U aplicata. Purtatorii generaii vor trece prin baza, din emitor in colector (fara pierderi substaniiale, deoarece baza este foarte subiire ¿i deci recombinarea in ea este neglijabila). Electronii injectaii din emitor, vor genera deci in colector un curent de difuzie dat de:
(1) unde e0 = 1,6×10-19 C este sarcina electronului, I0 valoarea curentului de saturaiie la polarizare inversa, T temperatura absoluta(in Kelvin) iar k este constanta Boltzmann. Logaritmand relaiia de mai sus, obiinem:
(2)
Se observa ca dependenia dintre lnI ¿i U este o dreapta de panta . Rezulta ca determinand panta m, putem calcula imediat constanta Boltzmann pe baza relaiiei:
(3)

3. Descrierea instalaiiei experimentale
Dispozitivul experimental cuprinde un tranzistor de tip npn (model BC171) introdus intr-un cuptor electric C (figura 4). Cuptorul este alimentat de la sursa de tensiune continua S1 prin intermediul poteniiometrului P1.

Fig. 4 Fig. 5

Temperatura este inregistrata de un termometru Tm, introdus in cuptorul C.
Sursa de curent continuu S2, polarizeaza direct jonciiunea emitor-baza a tranzistorului T prin intermediul rezisteniei R = 1,1kW (figura 5). Tensiunea U dintre emitor ¿i baza, este masurata de un voltmetru V de curent continuu (UNIMET) iar curentul de colector este masurat de un miliampermetru mA de curent continuu (MAVO-35) .

4.Modul de lucru a) Pentru inceput se fac determinari la temperatura camerei (sursa S1 deconectata). Cu poteniiometrul P1 fixat la minim, se alimenteaza sursa S2 de la reieaua de 220V c.a.Pornirea sursei se face prin rotirea comutatorului notat cu “<Up”. b) Se fixeaza domeniile de masurare ale voltmetrului (scala de 1V c.c.) ¿i ale miliampermetrului (scala 5mA c.c.).Se cite¿te temperatura camerei T0 la termometrul Tm. c) Se variaza tensiunea U cu ajutorul poteniiometrului sursei (notat cu “U”), in trepte de cate 0,02V, incepand cu tensiunea de deschidere a jonciiunii (aproximativ 0,5V), pana la 0,66V. (Citirea tensiunii U se va face pe voltmetrul UNIMET ¿i nu pe voltmetrul sursei S2). d) Simultan cu valorile tensiunii se citesc valorile corespunzatoare ale curentului de colector; datele obiinute se trec in tabelul de mai jos:

U(V) I(A) lnI

e) Se pune in funciiune redresorul S1 ¿i se fixeaza poteniiometrul P1 pe o poziiie oarecare. Se a¿teapta stabilizarea temperaturii un interval de cateva minute. Se repeta determinarile de la punctele c) ¿i d) pentru inca doua valori diferite ale temperaturii T1 ¿i T2, citite la termometrul Tm.

5. Indicaiii pentru prelucrarea datelor experimentale a) Se traseaza printre puncte, dreptele lnI = f(U); dreptele vor fi trasate cu simboluri diferite, pentru cele trei temperaturi T0, T1,¿i T2, pe acela¿i grafic. b) Se calculeaza pantele celor trei drepte. c) Din relaiia (3) se determina valorile constantei Boltzmann pentru cele trei temperaturi; se face media valorilor obiinute.