Учебная работа № /2419. «Курсовая Расчет схем подключения диода, стабилитрона и транзистора

Выдержка из похожей работы

В этом случае канал заранее создаётся технологическими
методами,

Следует отметить,
что МОП транзистор со встроенным каналом может работать в режиме обеднения и
обогащения.[5] 

2.2  Условные графические
обозначения МОП – транзисторов

Существуют
различные графические обозначения МДП-транзисторов со встроенным каналом n-типа
и p-типа (рисунок 2.2 а, б) и с
индуцированным каналом n-типа и p-типа (рисунок 2.3 а, б).

                                           а)                                                  
б)                   

Рисунок
2.2 Условные графические обозначения МОП – транзисторов с индуцированным
каналом n-типа (а) и p-типа (б)

                                          
а)                                                   б)                   

Рисунок
2.3 Условные графические обозначения МОП – транзисторов со встроенным каналом n-типа (а) и p-типа (б)

3 
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

3.1 Исходные данные

Расчёты
параметров и характеристик диода выполняем в предположении, что диод является
кремниевым и имеет кусочно-однородную структуру типа  p+-n.

Исходные данные для расчетов:
геометрия кристалла — параллелепипед с квадратным основанием А=1 см, толщина
пластины h = 300 мкм, толщина базы wб=280 мкм, концентрация Nб=1014 см-3 примесных
атомов в исходном кристалле; концентрация примесных атомов в эмиттерной области
Nэ=1018 см-3;
время жизни неравновесных носителей в исходном кремнии tб= 10 мкс; тепловое сопротивление
корпуса диода RТ= 1,5 К/Вт.

3.2
Модель выпрямительного диода

Наиболее распространенная в теории электрических цепей модель
полупроводникового диода, достаточно полно учитывающая особенности его нелинейной
вольт-амперной характеристики, — модернизированная модель Эберса-Молла (рисунок
3.1),Данная модель включает барьерную и диффузионную ёмкости диода (Сбд ,
Сдд ), ток  p-n-перехода (Ip-n), сопротивление базы диода (Rб) и сопротивление утечки (Rу),

Рисунок 3.1   Модель Эберса — Молла
полупроводникового диода

Тепловой потенциал φт , В:

j Т = КТ/q=1,38·10-23·300/1,6·10-19=0,026                               
(3.1)

где  K  — постоянная Больцмана;

T — абсолютная температура в
кельвинах;

q — заряд электрона.

Коэффициент диффузии дырок в базе Dpб ,см2/с:

Dpб=∙φт=470∙0,026= 12,22                                                   
(3.2)

где =470 (см2/В*с) —
подвижность
дырок, которая определена по рисунку 3.2.

Рисунок 3.2  Зависимость подвижности электронов и дырок от
концентрации примеси кремния  при 300К

Тепловой ток диода Iдо, А :

      
(3.3)

где    — концентрация собственных
носителей в полупроводнике;

— площадь  p-n 
перехода,

Контактная разность потенциалов φк, В:

                      
(3.4)

Барьерная емкость диода Сб0, Ф:

                                                                                                          (3.5)

Сопротивление базы диода Rб,
Ом:

                (3.6)

где  —
удельное
сопротивление базы диода, определяем по рисунку 3.3 .

Рисунок
3.3   Зависимость удельного сопротивления германия и кремния от концентрации
примеси при 300К

3.3 Расчет
параметров и характеристик диода

Напряжение прокола Uпрок , В:

                (3.7)

Напряжение лавинного пробоя Uл, В:

    
                           (3.8)

Рабочее обратное напряжение Uобр, В:

                       (3.9)

где    0,7 — коэффициент запаса.

Толщина обедненного слоя l, см:

Генерационный ток перехода Iг, А

                   (3.10)

Коэффициент лавинного
умножения М:

                               
     (3.11)

где n – эмпирическая константа, для n-Si   n=5.

Обратный ток диода , А:

                      (3.12)

Диффузионная длина
неравновесных носителей ,
cм:

                                (3.13)

Находим  и :

                                                                  
   (3.14)

                                               
(3.15)

По графикам (рисунок
3.2) определяем подвижности электронов и дырок: μn=1320 см2/(В*с); μp=470 см2/(В*с).

Максимальный прямой ток диода
и максимальное прямое падение напряжения находят из условия равенства мощности,
выделяющейся при протекании тока через диод, и тепловой мощности, отдаваемой в
окружающую среду:

Электрическая мощность,
выделяющаяся при протекании тока:

Тепловая мощность, отдаваемая
в окружающую среду, определяется перепадом температур между  p-n переходом и внешней поверхностью корпуса и тепловым сопротивлением
корпуса диода,

Равенство величин   и   дает уравнение

                                                                    
(3.16)

Определяем , Вт:

                                       
(3.17)

По
ВАХ диода с помощью компьютера находим произведение , т.е,тепловую мощность,Данной
точке прямой ВАХ диода удовлетворяют I =75,4 А ;  U =0,99 В.

Падение напряжения диода для
тока I :

                              
                   (3.18)

          Находим ,  A:

              (3.19)

Определяем коэффициент :

                                       
(3.20)

Зависимость  описывается соотношением, Ом:

        (3.21)

Максимальная плотность тока p-n перехода ,
мА/см2:

                                                               (3.22)

Прямая ветвь ВАХ
диода определяется с помощью соотношения:

 ,    где ,                    (3.23)

Результаты расчетов токов и
напряжений оформлены в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1  Прямая  ВАХ диода

Iд, мА

U p-n, В

U Rб, В

Uд, В

0

0,00

0,00

0,00

10

0,65

0,04

0,69

20

0,67

0,08

0,75

30

0,68

0,11

0,79

40

0,69

0,15

0,84

50

0,69

0,19

0,88

60

0,70

0,23

0,93

70

0,70

0,27

0,97

75,4

0,70

0,29

0,99

Рисунок 3.4 
График зависимости Uд= f(Iд) для прямого
напряжения на диоде

Обратную ветвь
ВАХ рассчитаем с помощью соотношения:

,                                                                        
(3.24)

где

 ,                                                                                         
(3.25)

         
         (3.26)

                                    
(3.27)

Таблица 3.2   Обратная ветвь ВАХ диода

U, В

I, A

0

0,00E+00

2

3,39E-08

4

5,59E-08

6

7,36E-08

8

8,87E-08

10

1,02E-07

12

1,15E-07

14

1,26E-07

16

1,36E-07

18

1,46E-07

20

1,56E-07

Рисунок  3.5   График
обратной ветви ВАХ диода Iобр=f(Uобр)

Зависимость   описывается формулой:

                            
(3.28)

Результаты расчётов генерационных токов диода представлены в
таблице 3.3,На основании полученных данных построена зависимость  Iг=f(Uобр) (рисунок 3.6).

Таблица 3.3   Зависимость
Iг=f(Uобр)

Uобр, В

I г, А

0

3,52E-08

2

6,90E-08

4

9,11E-08

6

1,09E-07

8

1,24E-07

10

1,37E-07

12

1,50E-07

14

1,61E-07

16

1,72E-07

18

1,82E-07

20

1,91E-07

Рисунок 3.6   График зависимости Iг=f(Uобр)

Зависимость  коэффициента лавинного умножения от обратного
напряжения на диоде описывается формулой:

                                                    (3.29)

Таблица 3.4   Зависимость М=f(Uобр)

U, В

M

0

1,0000

40

1,0000

80

1,0001

120

1,0007

160

1,0030

200

1,0091

240

1,0229

280

1,0508

320

1,1041

360

1,2046

400

1,4038

Рисунок 3.7   График зависимости М=f(Uобр)

Зависимость Iдо = f (T) теплового тока диода описывается формулой:

                                              
(3.30)

где               Iдо (To)  – ток диода при температуре
Т=300о С;

         αsi
= 0,16 К-1;

         ΔT = 20° К.

Таблица 3.5   Зависимость Iдо = f (T)

T, K

300

//