Изъюров Г.И. - Расчет электронных схем (1266568), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Концентрация атомов лоноров Ж,= 4,4 10зт см Контактная разность потенциалов йТ 1'ч',1'т' 4,4. 10' '. 4,4- 10'4 <р„= 1и ' = 0,0258 1и ' — ', = 0,33 В. е и, (2,5. 10' з)з 1.2. Улельное сопротивление р-областн германневого р-и- перехода рр —— 2 Ом. см, удельное сопротивление и-области р„=1 Ом ° см. Вычислить контахтнуго разность готенциалов (высоту потенциального барьера) при Т = 300 К, если подвижности электронов н дырок в германии соответственно равны р„=0,39 и р„=0,19 м~/(В.с).
Решение Известно, что удельное сопротивление р-области полупроводника 1 1 г ор А.ер, где А', — концентрация акцепторов: г — заряд электрона; р — подвнжносгь дырок. Отсюда 1 ! ~а — — 1,б5 10'з см р ер 2.1,602 10 '».1900 1з Аналогично найдем концентрацию доноров в и-области полупроводника: 1 1 ! 6.10зз см-з 1 1,602 10 'з 3900 А!з Р ерз Контактная разность потенциалов и' Ф,Ф„ 1,65.10'з. 1,6 10'з «з„= — 1п — '" =0,02581п ' ' ге 0,22 В. вз ' (25. !Озз)з 1.3.
Германиевый сплавной р-в-переход имеет обратный ток насыщения 1„=1 мкА, а кремниевый с такими же размерами — ток Х„= 10 ' А. Вычислить и сравнить прямые напряжения на переходах при Т = 293 К, если через каждый диод протекает ток 100 мА. Решение Ток диода определим по формуле 1 !( швтз 1) гле 1е — обратный ток насьзщевия. Для германиевого р-л-перехода 100, Рй — э 10-6е!,602.10 'шдьзз 10 ** ззв Решение а) Так как Ф, » Ф„ то обратный ток насыщения определим нз выражения !0-з.2.10ьз — 4,5 10 'з А.
еПлз)7 1 602 1О-зз. 10-з(! 5)з. 1Озо.25 б) Для прямого напряжения, равного 0,65 В, ток откупа !7 =288 мВ. Аналогично„для кремниевого р-л-перехода при !„= 10 з А О =407 мВ. 1.4. Кремниевый р-и-переход имеет слелующие данные: ширина р-и-перехода А=10 з см, концентрация акцепторных примесей Ф,= 10'з см з, концентрация лонорных примесей Ф„= 2-10зь см ', площадь поперечного сечения П = =10 з смз, длина областей 1„= 10 4 см, 1„= !0 з см, коэффициенты лиффузии неосновных носителей Ю,=8 смз/с; 17„ = 25 смз/с, концентрация собственных носителей зарзша и, = = 1,5 10зв см з.
Определить: а) обратный ток насьпцения !,„ б) прямой ток и падение напряжения на объемах р- и л-областей при прямом напряжении, равном 0,65 В. 1 ! е игвзз 45. 1О-~зеазз. зле-~о-"льзз. ~о-'*.ззз 4. !0-а А Сопротивления объемов р- и л-областей определим по формуле К = р!/П, где р — удельное сопротивление; ! — длина областей; П вЂ” площадь р-л-перехода. Для л-области, где и » р, удельное сопротивление можно вычислить по формуле р„= 1/(ер„л) = 3 10 ' Ом см. Следовательно, сопротивление в-области 3 10 '.10 з 10-4 Для р-области, где р»п и рр- — 1/(ергр) =2 10 з Ом см, сопротивление й =2.
10 з.10 з/10 '=2.10 з Ом При токе, равном 4. 10 4 А, падение напряжения на сопротивлениях объемов р- и п.областей равно 1,3-10 4 В. 1.5. Германиевый диод, имеющий обратный ток насыщения 1„= 25 мкА, работает при прямом напряжении, равном 0,1 В, и Т= 300 К. Определить сопротивление диода постоянному току Кс и дифференциальное сопротивление г >.
Решение Найдем ток диода при прямом напряжении !7=0,1 В по формуле! = !„(е сйчт! — 1) = 25-10 з(е Ф ш " "Ы ззов *' зза — 1) = = 1,17 мА. Тогда сопротивление диода постоянному току йо = !7/1 = О,1/(1 17, 10-з) 85 Ом. Вычислим дифференциальное сопротивление, используя формулу гл,аз = — = !о — 1е пхзз)= 25 10 з ° 386 48 =46.10 з См, .„=„,=.(„~ ° откуда з — — 1/(46. 10 'з) = 21,6 Ом. Приближенно с учетом того, что! »!м <П /е! е ,',у = — = ~ — Р! + 1 ) — 7, !!7 ~И/ ' йт ' откуда Решение Ток диода 1 1 (е'"'"- 1) откуда П = 0,026.(-2,3) = -0,06 В.
263. ВТ П = — 1п(1/1 + 1), е 17 8Т 1,38.10 гз 300 г, — ' 22 Ом. е1 1,602 10-44.117.10-з 1.6. Для идеального р-и-перехода определнтьл а) напряжение, при котором обратный ток будет достигать 90% значения обратного тока насыщения при Т= 300 К; б) отношение тока при прямом напряжении, равном 005 В, к току при том же значении обратного напряжения. а) Известно, что при Т= 300 К температурный потенциал кТ 1 38. 10-гз. 300 грт = — = — — 7/11600 оз 0,026 В. е 1 602.
10 — го По условюо залачи, 091о 1о(е"агав- 1), б) Определим о~ношение прямого тока к обратному при напряжениях 0,05 н — 0,05 В: 1 1 ( волго П ьог 1 (е зозго 1) е- з,ог — 7. 1.7. В некотором идеальном р-л-переходе обратный ток насьпцения 1о = 10 '4 А при Т= 300 К и 1о= 10 о А при Т= = 125'С. Определить напряжения на р-л-переходе в обоих случаях, если прямой ток равен 1 мА.
Решение Из уравнения ВАХ перехода 1 =1о(е'ьдзгз — 1) имеем 1/1о = = е'щ" гз. Логарифмируя и решая это уравнение относительно ((, получаем При Т=ЗОО К ((= 0026)пПО з/10-44+ 1) 0026 253 066 В При Т= 125'С (У = 0036йз(10-з/10-о+ Ц 05 В Такая температурная зависимость характерна для кремниевых диодов. 1.8. Определить, во сколько раз увеличивается обратный ток насыщения сплавного р-л-перехода диола, если температура увеличивается; а) от 20 до 80'С для германиевого диода", б) от 20 до 150'С для кремниевого диода Решение Зависимость обратного тока насыщения от температуры выражается следующим уравнением: 1о=йт Ес,оди > где й-постоянная; Е,о=еУ,о — ширина запрещенной зоны при Т = 0 К; <р, = КТ(е — температурный потенциал.
Известно, что для германия г) 1, из=2, ((во=0,785 В; для кремния т) = 2, зя =1,5, ((,я= 1,21 В. Следовательно, для германия обратный ток насыщения 1 ь7че-олж, При Т=80'С, или Т 353 К, имеем (рг = 353/11600 =00304 В. Таким образом, — з (353)ге-о,тозгоозо 4 Прн Т=20'С, или Т=293 К, <р, = 293/1 1600 = О,Ы53 В.
Тогда 1 ( (293)г -о.звзльогзз Следовательно, к (353)г -о,твэо.озоз 1 (4(293)ге-о,гвз~о,огзз Для кремниевого диода — (4Тьзе- кгпв сот) о= При Т=150'С, илн Т=423 К, температурный потенциал зр, = 423/11600 = 0 0364 В; тогда Решение Решение цд-и -и ртгуоу р) а) Рис. Еу 19 !8 ь (423) нза- аз зло о,ором о(т= ~яртз = Так как при температуре Т= 20'С, или Т= 293 К, рр, = 0,025 В, то 1 ) (293)ьз — нзглз 0,0253> Отношение токов 1о<т-потз (423)"е 'во (293)"е *то 1.9.
Барьерная емкость диода равна 200 пФ при обратном напряжении 2 В. Какое требуется обратное напряжение„чтобы уменьшить емкость до 50 пФ, если контактная разность потенциалов рр„= 0,82 В? Барьерная емкость резкого р-я-перехода определяется по формуле где 11 — напряжение на р-л-переходе; )9, и )9, — концентрация примесей на каждой из сторон р-л-перехода.
Следовательно, для данного диода Со = 8(и,„, + 9,)'~*, где 8 — некоторая постоянная„()„р — обратное напряжение; ф„— контактная разность потенциалов. При 11,ор — — 2 В величина Со =200 пФ, тогда 8=200.10 'з(2+0,82)пз = 3,35 ° 10 ро пФ.Впз. Находим обратное напряжение, при котором Со=50 пФ: 3,35.10 'о 50 Ю (Ц +082) откуда 1 1оор 44 1 В 1 10. Обратный ток насьпцения диода с барьером Шотки равен 2 мкА. Диод соединен последовательно с резистором и источником постоянного напряжения смещения Е = 0,2 В так, что на диод подается прямое напряжение.
Определить сопротивление резистора, если падение напряжения на нем равно 0,1 В. Диод работает при Т= 300 К. Решение Определим ток диода: 1 1 (еоьтолЗ 1) где 1о — обратный ток насьпцения; (7 — прямое напряжение. Так как падение напряжения на резисторе равно 0,1 В, то напряжение на диоде (/=Š— 11я=0,2 — 0,1=0,1 В. Отсюда ток диода 1.б !о рсоа 1=2 10-о(е ы'" '* — 1) =93 А. Следовательно, Е = У/1 = 0,1/(9,3.10 ') гк 1,1 кОм.
1.11. Определить ток диода 1 с идеализированной ВАХ, текущий в цепи, показанной на рис. 1.7,а, если Е= 5 В, Я =1 кОм, обратный ток насыщения 1о = 10 '* А, температура Т = 300 К. Задачу решим графоаналятическим способом. Используя значение 1о = 10 'з А и задаваясь напряжением диода, построим вначале ВАХ диода в соответствии с уравнением 1=1,(е шип 1), Вольт-амперная характеристика показана на рис.
1,7,б. На том же графике построим нагрузочную прямую, используя уравнение 1 =(Š— 11)/Е. Точка пересечения нагрузочной прямой с ВАХ дает решение задачи, Из построения следует, что 1 = 4,5 мА. 1.12. Идеальный диод включен в схему; изображенную на рис. 1.8. Определить выходное напряжение. Решение Так как на диод подано обратное напряжение, з.о можно предположить, что обратное сопротивление диода составляет несколько сотен килоом или больше. Следовательно, можно считать, что практически все напряжение падает на диоле, т. е. У, =15 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
