(1075404)

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

Текст из файла

Sozinov B.L. стр. 9 2.7.2019

Исследование ВАХ моделей полупроводниковых приборов.

Цель работы – изучить статические вольтамперные характеристики (ВАХ) полупроводниковых приборов, определить параметры приборов и их зависимость от режима работы и температуры окружающей среды. Задачей работы является освоение методов моделирования работы полупроводниковых приборов в среде MICRO-CAP VII, получение статических ВАХ моделей приборов в пределах согласно паспортным данным, изучение зависимостей параметров приборов от режима его работы и температуры окружающей среды. По результатам работы составляется отчет, в котором кратко поясняется методика моделирования ВАХ приборов в среде MICRO-CAP VII, приводятся ВАХ моделей приборов и способы вычисления их параметров. В заключении отчета обсуждаются результаты, причины возникновения нелинейных зависимостей. Определяются области анализа электрических схем, в которых возможно использовать полученные параметры приборов.

Часть 1. Исследование статических ВАХ полупроводникового диода.

1. Выпишите паспортные параметры диода, модель которого будете исследовать. Марка диода задается преподавателем.

Паспортные данные на исследуемый диод находятся в справочнике на полупроводниковые приборы, либо в файлах “pasport-diod.xls” или “pasport-stab.xls”. Справочные данные следует перенести в рабочую тетрадь или в рабочий Word-файл (см. ниже) с краткими комментариями. Например, для диода КД204А в справочнике указано: Uпр.=1.4 В.(Iпр=600 мА). В отчете следует эти данные прокомментировать: это измеренное при прямом токе Iпр=600 мА падение напряжения на диоде, которое является суммой падений напряжений на p-n переходе и малолегированной области полупроводника.

Паспортные параметры диода задают диапазон токов и напряжений, в пределах которых необходимо получить вольтамперные характеристики диода (в МС7 предельные параметры на электронные приборы не задаются).

1. Получите прямые ветви ВАХ полупроводникового диода для разной температуры окружающей среды. Определите зависимость сопротивлений диода по постоянному (R) и переменному (r) току от его величины.

Для получения прямой ветви ВАХ диода на рабочем поле МС7 составляется электрическая схема, представленная на рис.1.

Рис. 1. Принципиальная схема для исследования прямой ветви ВАХ диода.

Для вызова источника тока I1 на рабочее поле следует воспользоваться из основного меню разделом Component. Далее, в раскрывающимся меню надо выбрать – Analog Primitives (1-я строка) –Waveform Sources (3-я строка) и подвести указатель мыши к условному изображению генератора тока – I. Нажав левую клавишу мыши перетащить изображение генератора тока на выбранное место рабочего поля и отпустить клавишу мыши. При этом появляется изображение генератора тока и окно заказа параметров генератора тока. В этом окне в графе Value указывается задаваемая величина генератора тока, которая должна соответствовать максимальной величине прямого тока диода (по паспорту). Выбранную величину тока следует отразить на принципиальной схеме, для чего в окне заказов параметров генератора тока активизируется окошко Show (появление «галочки»), расположенное справа от окошка Value. Окно задания параметров генератора тока закрывается щелчком левой кнопки мыши по клавиши Ok.

На принципиальных схемах в отчетах по лабораторным работам всегда указываются величины генераторов токов и напряжений, марки приборов (активизируются соответствующие окошки Show).

Набранную схему на рабочем поле МС6 копируют в свой рабочий файл Microsoft Word, который организуют в «Моих документах» под именем: [фамилия (русским текстом)][_][ индекс группы][_][номер лабораторной работы]. Например, Созинов_1-51_1, т.е. студент [Созинов] группы [БМТ1-51], [лабораторная работа №1]. При открытии Word-файла в нем сразу же печатается русским текстом Ф.И.О. исполнителя работы, индекс группы, дата выполнения работы и ее название. Далее, указывается марка исследуемого прибора, его паспортные данные с краткими комментариями, а вслед за этим принципиальная схема и полученные результаты. Рекомендуется после каждой вставки рисунка из МС7 в Word-файле организовывать под рисуночную надпись с целью предотвращения наложения вставок-рисунков. По окончанию лабораторной работы студент копирует свой рабочий Word-файл на дискетку, данные которой необходимы для оформления отчета. Преподаватель студенческие файлы копирует в свой архив, расположенный на машину №13, с целью оценки качества выполнения работы студентом (данные из архива для студентов не выдаются).

Для получения ВАХ приборов в среде МС7 используется режим расчета передаточных характеристик, вызываемый с помощью меню Analysis – DC… . При вызове данного режима появляется окно заданий, в котором выбирается в качестве независимой переменной источник тока I1. Границы изменения тока указываются в окошке Range по паспортным данным на прибор. В МС7 принято задавать величины в следующей последовательности: максимальное значение, минимальное значение, шаг изменения (через запятые без пробелов). При вводе величин переменных в МС7 не обязательно указывать основная размерность (амперы, вольты и т.д.), а отмечать только производные единицы (мега – meg (10⁶), кило –k (10³), мили –m (10^-3), микро –u (10^-6), нано –n (10^-9) и пика - p (10^-12)).

В окне X Expression вводится напряжение диоде как V(D1) или как V(1) (напряжение в точке 1), в в окне Y Expression указываются изменения тока через диод как I(D1). Для построения графиков первоначально рекомендуется использовать автоматический выбор масштабов, для чего следует активизировать окошко Auto Scale Ranges окна заданий DC. Один из вариантов заполнения окна заданий анализа DC… приведен на рис. 2.

Рис. 2. Окно заданий на DC…для получения прямой ветви полупроводникового диода.

После заполнения окна задания на анализ DC… дается команда на проведения расчета (Run), результаты которого появляются на экране в графическом виде. Если в окне задания на DC… «утоплена» пиктограмма, расположенная слева от окошка для указателя номера графика (Р), то результаты расчета данной строки заносятся в одноименный файле МС7 с расширением .TNO. Содержание этого файла можно просмотреть на экране дисплея, вызвав его с помощью клавиши F5 (возвращение на графический вывод– F4).

Ознакомившись с результатами расчета и их представлениями, автор работы оценивает автоматический выбор масштабов графиков. В тех случаях, когда он его не устраивает (например, интересующая область занимает менее 50% площади экрана), то дальнейшие расчеты проводятся с самостоятельно устанавливаемым масштабом (при этом окошко Auto Scale Ranges закрывается). В МС7 возможно проводить расчет передаточных характеристик для разных температур окружающей среды. Для этого в окне заданий на DC… выбирают в окошке Method закон изменения температуры (линейный или в виде перечня), а в окошке Range вводятся числовые значения изменения температуры. При исследовании зависимости ВАХ диода от температуры рекомендуется выбирать ее изменения в виде перечня (в окошке Method выбрать List) для температур 27,37,47 ^оС. Далее дается команда на выполнение расчет (Run), по окончанию которого на экране дисплея появляется семейство ВАХ диода при заданных температурах. Для определения конкретной ВАХ из семейства, к какой температуры она относится, следует воспользоваться режимом электронного курсора. Электронный курсор вызывается с помощью пиктограммы Cursor Mode, расположенной в основном меню МС7, или горячей клавиши F8. В этом режиме на экране выделяется цветом одна из зависимостей, данные по температуре для которой указываются в верхней части графика. Переход в семействе от одной зависимости к другой проводится с помощью клавиш «вверх» или «вниз» основной клавиатуры.

По семейству прямых ветвей ВАХ диода следует оценить изменения напряжения на диоде при изменении температуры на один градус Цельсия для тока диода, равному половине максимально допустимой величине. Для этого рекомендуется построить на графике прямой ветви ВАХ соответствующий уровень тока (заполняется вторая строка построения графиков под тем же номером, что и ВАХ). Координаты точек пересечения ВАХ диода с данным током отмечаются на графике, используя пиктограмму Tag mode основного меню. Графические результаты расчета с помеченными координатами точек скопируйте в свой рабочий Word-файл.

Диод в электрической цепи представляет собой некоторое сопротивление, которое можно вычислить по ВАХ. Так как ВАХ нелинейная, то сопротивления диода для постоянного и переменного тока различны, и они зависят от величины прямого тока. Сопротивление по постоянному току в выбранной рабочей точке с координатами U и I определяется как

R=U/I,

а по переменному току как

r=dU/dI,

где dU и dI – дифференциалы функций в заданной рабочей точке, т.е. сопротивление по переменному току определяется только для малых его величин.

В данной работе необходимо вычислить сопротивления R и r при изменении тока через диод от Imax до 0,2*Imax для комнатной температуры. Вычисления можно провести в «ручную» по полученной прямой ветви ВАХ диода с использованием электронного курсора или «поручить» компьютеру.

В первом случаи координаты точек и приращения считываются с экрана при использовании электронного курсора (F8), позволяющий одновременно определять координаты двух выбранных точек (щелчок правой и левой клавиши мыши). Результаты определения координат выбранных точек появляются одновременно на графике и под графиком, причем под графиком печатаются не только координаты точек, но и их разность.

Во втором случаи в окне заданий на анализ передаточных характеристик (DC…) заказывается непосредственные зависимости R и r от тока через диод. Для этого в окошке X Expression вводится I(D1), а в окошке Y Expression записывается операция: V(1)/I(D1), т.е. сопротивление по постоянному току R. Дифференциал функции в МС7 рассчитывается с помощью оператора del(), где в скобках указывается имя функции. Используя его, сопротивление диода по переменному току r определяется как del(V(1))/del(I(D1)), которое следует записать в следующей строке столбца Y Expression. Учитывая, что численные методы расчета не позволяют проводить прямую операцию деления на нуль, то не следует выбирать при анализе нижний предел изменений тока через диод равный нулю. Один из примеров заполнения окна задания DC… для получения зависимостей сопротивления диода R и r от величины тока показан на рис. 3.

Р
ис. 3. Пример задания по определению зависимостей сопротивлений диода от тока.

Рекомендуется на полученных зависимостях R(I) и r(I) отметить с помощью пиктограммы Tag mode координаты краевых рабочих точек, а затем скопировать в свой Word -файл.

1. Исследуйте обратную ветвь вольтамперной характеристики заданного полупроводникового диода и влияние на нее температуры окружающей среды.

Для получения обратной ветви ВАХ модели диода следует на рабочем поле набрать электрическую схему, как показано на рис. 4.

Р
ис. 4. Схема для получения обратной ветви ВАХ диода.

Как при исследовании прямой ветви ВАХ диода, так и для исследования обратной ветви используется режим анализа передаточных (Analysis -DC…). Однако в окне заданий на анализ в качестве переменной указывается источник постоянного напряжения V1 c пределами изменения (окошко Range) согласно паспорту на прибор: максимальное обратное напряжение, нуль, шаг. Например, для диода КД212А следует задать 200 (по паспорту максимально разрешенное напряжение, при котором завод-изготовитель гарантирует отсутствие пробоя), 0 (начало обратного смещения), 0.1 (шаг изменения 0,1 В). Изменения температуры следует задать аналогично, как и для прямой ветви. Пример заполнения окна задания DC… для получения обратной ветви диода КД212А приведен на рис. 5.

Р
ис. 5. Окно заданий DC… для расчета обратной ветви диода.

На графиках с помощью пиктограммы Tag mode необходимо отметить координаты точек с напряжением, равном половине максимально разрешенному по паспорту на прибор. Полученные результаты скопируйте в свой рабочий Word-файл.

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