pn-Diode: Idealitätsfaktor aus ln I gegen U
Unbekannte Siliciumdiode bei bekannter T. Messen Sie den Durchlassstrom I bei mehreren U und bestimmen Sie n aus der linearen Ausgleichsgeraden ln I gegen U.
Ziel des Versuchs
n aus I ≈ I₀ exp(V/(n V_T)) bestimmen. Die Steigung von ln I gegen U ist 1/(n V_T), also n = 1/(Steigung · V_T).
Geräte
- Unbekannte Si-Diode
- Bekannte T
- Gleichspannungsquelle
- Strommesser
Versuch
Theorie
Die Shockley-Gleichung lautet I = I₀ (e^{V/(n V_T)} − 1), V_T = k_B T/e. In starker Durchlassrichtung ist die −1 unwesentlich, und ln I ist linear in U. Der Aufbau blendet I₀, n und das laufende I aus. T (und V_T) ist bekannt. Der Strommesser liefert I erst nach dem Speichern. Das ist ein Versuch zur I–U-Kennlinie, kein Bänderschema.
Durchführung
- Die Temperatur T ist fest und bekannt. Ändern Sie nur die Durchlassspannung U. Bleiben Sie in starker Durchlassrichtung (etwa 0,50–0,72 V).
- Notieren Sie. Der Strommesser trägt I mit kleinem Rauschen ein. Es gibt keine laufende Anzeige von I, I₀ oder n.
- Die Tabelle berechnet ln I. Wiederholen Sie das für mindestens 6 Spannungen.
- Bestimmen Sie die lineare Ausgleichsgerade ln I gegen U; n = 1 / (Steigung · V_T). Vergleichen Sie mit dem Referenzwert.
Schlussfolgerung
Der bestimmte Idealitätsfaktor stimmt mit der verborgenen Diode überein. Wesentliche Unsicherheiten: Rauschen des Strommessers und das Weglassen der −1 in der Shockley-Gleichung.