Elektrický prúd v polovodičoch
1. Termistor má pri teplote 200C odpor 50kΏ a pri teplote 250C sa jeho odpor zmenšil na 42,5kΏ. Určite strednú hodnotu teplotného súčiniteľa odporu v tomto intervale teplôt.
Riešenie:
Rozbor:
Δt = 50C = 5K, R20 = 50 000Ώ, R25 = 42 500Ώ, α = ?
Teplotný súčiniteľ odporu termistora je α = –0,03K–1
2.Stredná hodnota teplotného súčiniteľa odporu termistora je α = –0,05K–1. O koľko sa musí zvýšiť teplota termistora, aby sa jeho odpor zmenšil na polovicu?
Riešenie:
Rozbor:
Teplota termistora sa musí zvýšiť o 100C.
3.Termistor, zapojený do elektrického obvodu, zohrievame plameňom plynového kahana. Závislosť odporu termistora od teploty udáva tabuľka. Akú teplotu má termistor, ak údaj na voltmetri je 3V a na ampérmeri 15mA?
Riešenie:
Rozbor:
U = 3V, I = 15.10–3A
Podľa tabuľky termistor má odpor 200Ώ, ak je zohriaty na teplotu 3000C.
4.Tranzistor NPN je zapojený do elektrického obvodu. Ak sa bázový prúd zmení z 0,2mA na 0,3mA, zmení sa kolektorový prúd z 5mA na 20mA, pri konštantnom kolektorovom napätí 4,5V. Určite prúdový zosilňovací činiteľ tranzistora β.
Riešenie:
Rozbor:
Prúdový zosilňovací činiteľ tranzistora pri napätí 4,5V je β = 150.
5.Polovodičová vzorka vybrúsená z monokryštálu kremíka má tvar kvádra s dĺžkou 5mm a s obsahom podstavy 4mm2. Na dvoch protiľahlých podstavách s obsahom 4mm2 sú utvorené kovové kontakty. Ak medzi kontakty pripojíme napätie 4,5V, prechádza vzorkou pri teplote 200C prúd 1,2mA. po zohriati vzorky na teplotu 3000C sa prúd zväčší na 2,16mA. Aký je merný elektrický odpor kremíka pri teplotách 200C a 3000C? Určite tiež teplotný súčiniteľ elektrického odporu α.
Riešenie:
Rozbor:
l = 5.10–3m, S = 4.10–6m2, U = 4,5V, I20 = 1,2.10–3A, I300 = 2,16.10–3A, ρ20 = ?, ρ300 =?
Merné elektrická odpory kremíka sú ρ20 = 3Ώ.m a ρ300 = 1,67Ώ.m.
Teplotný súčiniteľ elektrického odporu kremíka je α = –0,0016K-1
6. Napätie na termistore má stálu hodnotu U = 4,5V. Pri teplote t1 = 200C prechádza termistorom prúd
I1 = 9mA, pri teplote t2 = 220C prúd I2 = 10mA. Určite veľkosti odporu termistora pri týchto teplotách a tiež teplotný súčiniteľ odporu α.
Riešenie:
Teplotný súčiniteľ odporu α.= -0,05K-1.
7.Aký je prúdový zosilovací činiteľ β tranzistora, ak zmena bázového prúdu IB1 = 0,1A na IB2 = 0,2A vyvolá zmenu kolektorového prúdu z IC1 = 6A na IC2 = 22A.
Riešenie:
Prúdový zosilovací činiteľ tranzistora je β = 160.
8.Tranzistor, ktorý pracuje so spoločným emitorom má bázový prúd IB1 = 30μA, kolektorový IC1 = 2mA. Určite kolektorový prúd IC2 pri bázovom prúde IB2 = 100μA, ak prúdový zosilovací činiteľ je β =60.
Riešenie:
Kolektorový prúd je IC2 = 6,2mA.
9.V elektrotechnickej praxi sa germánium považuje za čisté, ak na miliardu (109) atómov Ge pripadá najviac 1 atóm prímesy. Určite hmotnosť úplne čistého germánia, ktoré by sa dalo znečistiť jedným gramom železa. Relatívna hmotnosť germánia je 72,59 a železa 55,837. Výsledok vyjadrite v tonách.
Riešenie:
Hmotnosť úplne čistého germánia je 1300 ton.
10.Tranzistorom, ktorý pracuje v zapojení so spoločným emitorom prechádzajú prúdy IB = 20μA, IC = 2mA. Napätie medzi bázou a emitorom je U1 = 0,7V, napätie medzi kolektorom a emitorom je U2 = 20V. Vypočítajte výkony v obidvoch zdrojoch a porovnajte ich.
Riešenie:
Pre obidva výkony platí: PC = 2857.PB.
11.Rezistor s odporom R a termistor sú v obvode zapojení sériovo. Pri teplote t1 miliampérmeter ukazuje prúd I1. Ak termistor vložíme do horúceho oleja, miliampérmeter ukazuje prúd I2. Určite koľkokrát sa zmení odpor termistora po ponorení do oleja. Zdroj zapojený v obvode má napätie U. Úlohu riešte pre tieto hodnoty :
R = 1000Ω, U = 20V, t1 = 200C, I1 = 5.10–3A, I2 = 10.10–3A
Riešenie:
Odpor termistora po ponorení do horúceho oleja sa 3 – krát zmenší.
12.Vzorka prímesového kremíka tvaru kocky s hranou 1cm obsahuje 1014 atómov fosforu. Dve protiľahlé steny kocky sú pokovované a vzorka je cez ne pripojená na napätie 4,5V. Prechádza cez ňu prúd 108 mA. Vypočítajte :
- a.) hustotu voľných elektrónov vo vzorke pri izbovej teplote (hustotu atómov fosforu)
- b.) merný odpor
Riešenie:
a.) 1cm3.......... 1014 atómov fosforu
10–6m3............ 1014 atómov fosforu
1m3............. 1014106=1020 atómov fosforu
Hustota voľných elektrónov vo vzorke je 1020m–3
b.) l = 1cm = 10–2m, S = 1cm2 = 10–4m2, U = 4,5V, I = 108.10–3A
Merný odpor je ρ = 0,4167Ω.m.