TP semi-conducteurs

Classe de TS spécialité PC
TP semi-conducteurs
– TP1 – La thermistance CTN
Ω
Brancher l’ohmmètre sur la résistance CTN et la mettre dans l’eau. Ajouter un thermomètre.
Chauffer l’eau jusqu’à ébullition et compléter un tableau à 2 entrées T et R.
CTN
Faire un tableau d’une dizaine de mesures et tracer R(T)
T en °C
R en Ω
1. Comment évolue la résistance en fonction de la température ? Est-ce une allure affine ?
2. Le matériau dont est constitué la CTN est-il métallique ou semi-conducteur ?
3. Quelle est la résistance de la CTN pour une température absolue de 350 K ?
4. La température d’ébullition de l’eau au cours de cette expérience était d’environ 104 °C. Trouver des raisons expliquant
pourquoi elle n’a pas été de 100 °C.
5. Déterminer le coefficient directeur de votre graphe à 50 °C. Que signifie l’acronyme CTN ?
6. Est-ce que cette CTN vérifie la relation de Steinhart-Hart ?
R = R0 · e
α·
³
1
− 1
T T0
´
avec R résistance à la température absolue T et R0 résistance à la température absolue T0 = 298 K. Pour cela on utilisera un
tableur-grapheur avec les données du tableau, on modélisera pour trouver la valeur α caractéristique du matériau.
– TP2 – La diode électroluminescente DEL ou LED
Réaliser le montage avec la diode dans le sens passant.
0 .. 10 V
Vu du dessus, un détrompeur est à mettre en relation avec le symbole de la façon suivante :
LED
A
20 V
V
B
LED
bleu-violet
20 mA A
C
470 Ω
En réglant la tension du générateur sur différentes valeurs entre 0 et 10 V, compléter le tableau
puis tracer I en fonction de U :
U en V
I en mA
1. La tension de seuil ou « gap » , valeur caractéristique de la DEL dépendant du matériau semi-conducteur dont elle est
constituée correspond à la valeur pour laquelle l’intensité commence à beaucoup augmenter. Quelle est cette valeur ?
2. Dans le semi-conducteur, des électrons cèdent de l’énergie correspondant à ce gap sous forme de photons. Calculer la
longueur d’onde de ces photons et vérifier qu’elle correspond assez bien à la lumière émise par la LED.
3. Dans le semi-conducteur, des électrons cèdent de l’énergie correspondant à ce gap sous forme de photons. Calculer la
longueur d’onde de ces photons et vérifier qu’elle correspond assez bien à la lumière émise par la LED.
On donne : h = 6,62 × 10−34 Js c = 3 × 108 m/s 1 eV = 1,6 × 10−19 J
On rappelle les formules : E = h · f
λ = c ·T
4. Évaluer le gap d’une LED rouge.
5. Trouver I en prenant UAC = 10 V et UAB = 3 V. Quelle est l’énergie perdue dans la résistance par effet Joule en 10 min ?
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Classe de TS spécialité PC
– TP3 – La cellule photovoltaïque
Poser la cellule photovoltaïque sur la table (face sensible vers le haut) et réaliser le montage.
Étape 1 :
À l’aide d’un support réglable verticalement, orienter une lampe de telle sorte qu’elle soit audessus de la cellule photovoltaïque en laissant juste un espace permettant de glisser un luxmètre
pour faire une mesure d’éclairement. (Nous disposons d’un seul luxmètre pour tous les groupes.)
Rechercher alors la position de la lampe dans ce plan horizontal permettant d’obtenir le courant
I le plus fort dans le circuit.
200 mA A
A
V
20 V
0 .. 100 Ω
Placer un luxmètre sur la cellule photovoltaïque et le déplacer jusqu’à obtenir l’éclairement le
B plus fort.
Noter la valeur de cet éclairement : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Enlever le luxmètre et compléter le tableau de mesures en jouant sur la valeur de la résistance
(rhéostat). Tracer I en fonction de U.
U en V
I en mA
P en W
R en Ω
Étape 2 :
Replacer le luxmètre sur la cellule photovoltaïque jusqu’à obtenir l’éclairement le plus fort. Monter alors la lampe par l’intermédiaire de la vis du support jusqu’à ce que l’éclairement indiqué par le luxmètre soit divisé par 2.
Enlever le luxmètre et compléter le tableau de mesures en jouant sur la valeur de la résistance (rhéostat). Tracer I en fonction de
U sur le même système d’axes que pour l’étape 1.
U en V
I en mA
P en W
R en Ω
1. Situer sur les graphes les points correspondant aux maximums de puissance (appelée puissance crête).
2. Chaque courbe présente 2 parties. Expliquer chacune.
3. Semble-t-il y avoir proportionnalité entre l’éclairement et l’intensité du courant ? Préciser.
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