01 Статические характеристики p-n переходов (1013227)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Для исследования статических характеристик p-n переходов в работе используются полупроводниковые (Ge , Si) диоды. В основе идеализированной модели диода для большого сигнала лежит модель p-n перехода, представленная эквивалентной схемой (см. рисунок 1.)

Рисунок 1.

На схеме диод VD моделируется вольт-амперной характеристикой (ВАХ), описываемой формулой: I=I₀[exp(u/φ_T) – 1],

где I₀ – тепловой ток; u–напряжение на переходе; φ_T = кТ/q – тепловой потенциал; k – постоянная Больцмана; Т – абсолютная температура; q – заряд электрона; φ_T = 0,026 В при Т = 300 К.

В идеализированной модели диода сопротивление r_Б моделирует сопротивление области диода с низкой концентрацией примесей (базы), а также может учитывать сопротивление омических контактов между металлическими выводами диода и полупроводниковыми областями. Конденсатор С_бар моделирует барьерную емкость, а С_дф – диффузионную емкость p-n перехода. Дифференциальное сопротивление рассчитывается по формуле:

Тепловой ток I₀ и сопротивление базы r_Б являются статическими параметрами, а барьерная С_бар и диффузионная С_дф емкости – динамическими параметрами диода.

Идеализированная модель диода с p-n переходом может приводить к значительным ошибкам расчета ВАХ при больших прямых токах, так как не учитывает эффект модуляции сопротивления базы, который заключается в снижении r_Б с ростом величины прямого тока из-за увеличения числа носителей заряда в базе за счет инжекции их из эмиттера.

В модифицированной модели диода для учета данного эффекта ВАХ диода VD задается формулой: I=I¹₀[exp(u/m·φ_T)-1], где m – коэффициент, обычно имеющий диапазон значений в пределах 1…3 и в общем случае зависящий от диапазона изменения тока, в котором должно производиться моделирование. Параметр I¹₀ не совпадает с тепловым током I₀. Сопротивление r_Б (в схеме r_Б = r_Б0) является формальным параметром модели диода и не совпадает с сопротивлением базы (в частности возможно r_Б0 = 0). Все три параметра I¹₀, m, r_Б0 определяются из условия наилучшего совпадения расчетной ВАХ с экспериментальной. Дифференциальное сопротивление рассчитывается по формуле:

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ИДЕАЛИЗИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ

1. Определить дифференциальное сопротивление p-n перехода при прямом токе I₁=10 мА.

Ручками управления "HOR. VOLTS/DIV" и "VERT. CURRENT/DIV" на характериографе установить масштабы: 0,1 В/дел, 2 мА/дел. С помощью ручек управления горизонтальным и вертикальным отклонением луча установить нулевую яркостную точку ВАХ, соответствующую нулевому напряжению на диоде, в левый нижний угол координатной сетки экрана.

Зарисовать на миллиметровке ВАХ в диапазоне токов от 0 до 20 мА. Центральная горизонтальная шкала экрана с мелкими делениями соответствует току I₁=10 мА. По ней произведите отсчет напряжения U₁. Ручкой управления вертикальным отклонением луча сместить изображение вверх на два деления (4 мА), зарисовать на той же миллиметровке смещенную ВАХ, и по центральной горизонтальной линии измерить изменение напряжения U. Рассчитать дифференциальное сопротивление p-n перехода:

Рисунок 2.

r_диф1=U/I.

Полученное значение r_диф1 приблизительно равно r_б1 идеализированной модели диода при большом прямом токе (соотношением φ_T­ /I₁ можно пренебречь).

2. Определить по методике, аналогичной описанной в п.1, дифференциальное сопротивление диода r_диф2 при прямом токе I₂ =1 мА. Для этого установить масштаб 0,1 В/дел., 0,2 мА/дел. Найти сопротивление базы r_б2= r_диф2 –(_Т/ I₂), где _Т =0,026 В - тепловой потенциал, и сравните его со значением r_б1, полученным в п.1. Большое их отличие говорит о влиянии в данном диоде эффекта модуляции сопротивления базы.

3. Измерить прямое напряжение U_пр при прямом токе I_пр= 10 мкА (для этого рекомендуется установить масштаб: 0,1 В/дел., 2 мкА/дел). Произвести отсчет напряжения U_пр по центральной горизонтальной линии (нулевая точка ВАХ должна быть в левом нижнем углу координатной сетки). Рассчитать параметр модели I₀ (тепловой ток) по формуле: .

МОДИФИЦИРОВАННАЯ МОДЕЛЬ

4.Найти параметры m и r_б0 модифицированной модели по формулам

; r_б0=r_диф2 – (m ).

5. Рассчитать параметр модифицированной модели I¹₀ по формуле

.

Сравните I¹₀ с I_0, определенным в п.3.

6. Зарисовать на одном графике экспериментальную ВАХ, рассчитанные вольтамперные характеристики I=f(U) идеализированной и модифицированной модели диода.

При этом необходимо отметить, что напряжение на переходе
u = U - I·r_Б, где U- напряжение на диоде; I - ток через диод.

Поэтому расчет ВАХ необходимо производить, заменяя u в модели перехода на U-I·r_Б. Для упрощения расчетов рекомендуется произвести преобразования функции I=f(U) на функцию U=f(I). Расчеты производить для I=0,1; 1; 3; 5; 10; 20 мА.

ОТЧЕТ

по лабораторной работе студент:

группа:

дата:

тема: ИЗУЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК p-n ПЕРЕХОДОВ

1. Схема эксперимента.

1. Параметры идеализированной модели диода при прямом токе I­₁=10 мА.

U= I=

дифференциальное сопротивление r_диф1=U/I= r_б1=

1. Параметры идеализированной модели диода при прямом токе I­₂=1 мА.

дифференциальное сопротивление r_диф2=U/I=

сопротивление базы r_б2= r_диф2 –(_Т/ I₂)=

1. Параметр идеализированной модели диода I₀ (тепловой ток).

=

5. Параметры модифицированной модели диода.

=

=

=

6. Экспериментальная, идеализированная и модифицированная ВАХ диода.

5

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лабораторной работы