Фізичні властивості напівпровідників 5 страница

Для РТ0 = 7,2 мА між точками і В і В маємо

.

При роботі тріода з навантаженням коефіцієнт підсилення напруги визначається як , анодний струм при цьому змінюється, робоча точка переміщується по лінії навантаження з точки до точки при зміні від -5 В до -4 В, анодна напруга при цьому змінюється від В (точка ) до В (точка ).

.

Необхідно виконати перевірку виконання обчислення.

. Маємо .

або .

Перевірка вказує, що розрахунки виконані з достатньою точністю. Добиватись більшої точності, вести обчислення до других, третіх знаків після коми недоцільно, тому що самі ВАХ, наведені в довідниках усереднені за великою кількістю ламп. Конкретний екземпляр лампи може мати ВАХ дещо (на одиниці відсотків за струмом) відмінні від характеристик, наведених в довіднику.

6. ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ НА РОЗРАХУНКОВО-ГРАФІЧНУ РОБОТУ

Завдання на РГР містить 18 задач з наступних тем: „Фізичні властивості напівпровідників", „Напівпровідникові діоди", „Транзистори", „Електровакуумні прилади". Варіанти завдань наводяться в табл. 6.1 – 6.10.

Тема 1. Фізичні властивості напівпровідників

Задача 1.1.

Обчислити положення рівня Фермі W_F відносно (дна зони провідності W_C, середини забороненої зони W_E, стелі валентної зони W_V)при температурі ТК для кристалу (германія Ge, кремнію Si), що містить N атомів (донорної, акцепторної) домішки в 1 см³.

Таблиця 6.1. Варіанти задачі 1.1

№ вар.	Відлік ведеться відносно	Темпера-тура Т , К	Напів-провідник	Тип провідності	Концентрація домішок N, см-3	№ вар.
1.	WV		Ge	p	5×1016	1.
2.	WE		Si	p	5×1017	2.
3.	WE		Ge	p	5×1017	3.
4.	WE		Si	p	5×1016	4.
5.	WC		Si	n	1×1016	5.
6.	WC		Si	n	1×1017	6.
7.	WC		Si	n	5×1017	7.
8.	WC		Ge	n	5×1017	8.
9.	WV		Ge	p	1×1016	9.
10.	WV		Ge	p	5×1016	10.
11.	WV		Ge	p	1×1016	11.
12.	WV		Ge	p	1×1015	12.
13.	WC		Si	n	1×1015	13.
14.	WC		Si	n	1×1015	14.
15.	WC		Si	n	1×1014	15.
16.	WC		Si	n	1×1014	16.
17.	WE		Ge	p	1×1015	17.
18.	WE		Ge	p	5×1015	18.
19.	WE		Ge	n	5×1015	19.
20.	WE		Ge	n	1×1016	20.
21.	WE		Ge	p	1×1015	21.
22.	WE		Ge	p	5×1015	22.
23.	WV		Si	p	1×1017	23.
24.	WV		Si	p	5×1017	24.
25.	WV		Si	p	5×1017	25.
26.	WV		Si	p	1×1016	26.
27.	WC		Si	n	1×1015	27.
28.	WC		Si	n	1×1016	28.
29.	WC		Si	n	1×1017	29.
30.	WC		Si	n	5×1017	30.

Задача 1.2.

Визначити концентрацію основних і неосновних носіїв заряду, а також питомий опір домішкового напівпровідника і відношення питомої діркової і електронної провідності для умов задачі 1.1. Рухливість носіїв заряду припустити однаковою для власного і домішкового напівпровідника, тобто вплив домішок на рухливість не враховувати, а враховувати тільки вплив температури. Як зміниться результат задачі, якщо цього припущенняне робити? Виконайте ще раз всі обчислення з врахуванням впливу концентрації домішок і температури, порівняйте результати і зробіть висновки.

Задача 1.3.

При якій температурі концентрація власних носіїв заряду n_i у бездомішковому напівпровіднику буде рівна концентрації основних носіїв в домішковому напівпровіднику для умов задачі 1.1. Пояснити отримані результати.

Задача 1.4.

Визначити значення дрейфового струму, що тече через стержень довжиною L см, з площею поперечного перерізу S см²,до кінців якого прикладена різниця потенціалівU В. Визначити середню дрейфову швидкість електронів і дірок. Числові значення взятиз умов задачі 1.1.

Таблиця 6.2. Варіанти задачі 1.4

№ вар.	L, см	S, см2	U, В	№ вар.	L, см	S, см2	U, В	№ вар.	L, см	S, см2	U, В
1.		0,1		11.		1,1		21.		2,1
2.		0,2		12.		1,2		22.		2,2
3.		0,3		13.		1,3		23.		2,3
4.		0,4		14.		1,4		24.		2,4
5.		0,5		15.		1,5		25.		2,5
6.		0,6		16.		1,6		26.		2,6
7.		0,7		17.		1,7		27.		2,7
8.		0,8		18.		1,8		28.		2,8
9.		0,9		19.		1,9		29.		2,9
10.		1,0		20.		2,0		30.		3,0

Задача 1.5.

Визначити густину дифузійного струму для стержня з геометричними розмірами з задачі 1.4, якщо концентрація домішок змінюється за лінійним законом від одного кінця стержня до іншого на порядок. Пояснити рівноважний стан такого стержня. Побудувати потенціальну (енергетичну) діаграму. Визначити величину і напрям внутрішнього електричного поля цього неоднорідно легованого напівпровідника. Використати числові значення умов задачі 1.1. Пояснити отримані результати.

Тема 2. Напівпровідникові діоди

Задача 2.1.

Дано: питомий опір -області германієвого p-n переходу _p, Ом×см і питомий опір n - області _n, Ом×см.

Обчислити висоту потенціального бар'єру Dj_кпри температурі Т Кельвіна; густину зворотного струму насичення j₀, якщо L_n = L_p = 1×10^-3м; пряму напругу U_пр, яку необхідно прикласти до переходу для одержання прямого струму густиною j, А/см². Рухливість електронів m_n і дірок m_р у германії прийняти відповідно 0,39 і 0,19м²/Вс.

Таблиця 6.3. Варіанти задачі 2.1

№ вар.	rр , Ом ×см	rn , Ом×см.	Тк	j , А/см2	№ вар.	rр , Ом ×см	rn , Ом×см.	Тк	j , А/см2
1.	1,5				16.		1,5
2.	2,0				17.
3.	2,5	1,5			18.		2,5
4.	2,0				19.		0,5
5.	1,5				20.	1,5	0,5
6.	1,0				21.		0,5
7.	1,0	2,5			22.		0,75
8.	1,5	2,5			23.	1,5	0,75
9.	0,5				24.		0,75
10.	0,5	1,5			25.	1,5
11.	0,5				26.
12.	0,75				27.	2,5
13.	0,75	1,5			28.
14.	0,75				29.		1,5
15.					30.

Задача 2.2.

Розрахувати і побудувати вольт-амперну характеристику ідеального напівпровідникового діода при температурі Т К і заданому зворотному струмі насичення I₀, мкА. Розрахувати і побудувати на тому ж графіку вольтамперну характеристику реального діода з врахуванням опорів емітера R_Е і бази R_Б, Ом. В робочій точці для заданої прямої напруги U_пр В визначити теоретично і за графіками опір діода постійному струму R₀, диференціальний опір , для ідеального і реального діода. Порівняти результати і зробити висновки.

Таблиця 6.4. Варіанти задачі 2.2

№ вар.	Тк	I0, мкА	RЕ, Ом	RБ, Ом	Uпр, В	№ вар.	Тк	I0, мкА	RЕ, Ом	RБ, Ом	Uпр, В
1.			0,5	1,5	0,1	16.			0,4	0,5	0,25
2.			1,0	2,0	0,1	17.			1,0	1,2	0,25
3.			1,5	2,5	0,1	18.			1,5	2,0	0,25
4.			2,0	2,5	0,1	19.			1,5	2,5	0,25
5.			1,5	2,0	0,1	20.			2,0	3,0	0,25
6.			1,0	2,5	0,15	21.			1,3	2,4	0,3
7.			1,5	2,5	0,15	22.			0,5	1,5	0,3
8.			0,4	0,5	0,15	23.			1,0	2,0	0,3
9.			0,5	1,5	0,15	24.			1,5	2,5	0,3
10.			1,0	2,0	0,15	25.			1,5	2,0	0,3
11.			1,5	2,0	0,2	26.			1,5	2,5	0,2
12.			1,5	2,0	0,2	27.			1,5	3,0	0,2
13.			1,5	2,5	0,2	28.			1,0	1,5	0,2
14.			1,0	1,5	0,2	29.			1,5	2,0	0,2
15.			1,0	2,0	0,2	30.			1,5	3,0	0,2

Задача 2.3.

Розрахувати найпростішусхему без фільтра для випрямлення синусоїдальної напруги з діючим значенням, використовуючи діоди Д226Б. Скласти і розрахувати випрямне коло, що дозволяє одержувати випрямлений струм (мА), використовуючи діоди Д226Б. Намалювати обидві схеми випрямлення.

Таблиця 6.5. Варіанти задачі 2.3

№ вар.	U, В	Iвипр, мА	№ вар.	U, В	Iвипр, мА	№ вар.	U, В	Iвипр, мА
1.			11.			21.
2.			12.			22.
3.			13.			23.
4.			14.			24.
5.			15.			25.
6.			16.			26.
7.			17.			27.
8.			18.			28.
9.			19.			29.
10.			20.			30.

Задача 2.4.

Для стабілізації напруги на навантаженні використовують напівпровідниковий стабілітрон з напругою стабілізаціїU_ст, В. Визначити допущенні межі зміни напруги живлення, якщо максимальний струм стабілітрона I_ст.мах, мА, мінімальний струм стабілітрона I_ст.мin,мА,опір навантаження R_н, кОм, опір обмежувального резистора R_обм, кОм. Привести схему стабілізації. За довідником визначити тип стабілітрона.

Таблиця 6.6. Варіанти задачі 2.4

№ вар.	Uст , В	Iст.міn, мА	Iст.мах, мА	Rн, кОм	Rобм, кОм	№ вар.	Uст , В	Iст.мах, мА	Iст.мin ,мА	Rн, кОм	Rобм, кОм
1.					0,5	16.					0,5
2.		0,5	8,3		0,5	17.					0,5
3.					0,5	18.			8,1		0,5
4.					0,5	19.					0,5
5.					0,5	20.					0,5
6.					0,5	21.		2,5			0,5
7.					0,5	22.		2,5			0,5
8.					0,5	23.					0,5
9.			14,6		0,5	24.					0,5
10.		0,5	2,7		0,5	25.					0,5
11.					0,5	26.					0,5
12.					0,5	27.					0,5
13.					0,5	28.					0,5
14.					0,5	29.					0,5
15.			8,8		0,5	30.					0,5

Задача 2.5.

Стабілітрон підключений для стабілізації напруги до резистора R_н = 2 кОм. Знайти опір обмежувального резистора R_обм, якщо напруга джерела міняється в межах, знайдених у задачі 2.4. Визначити, чи буде забезпечена стабілізація у всьому діапазоні зміни Е. Значення U_ст , I_ст.min , I_ст.max узяти з умови задачі 2.4.

Тема 3. Транзистори

Задачі 3.1 і 3.2.

Умови задач беруться з розділу 8 „Біполярні транзистори” задачника - Терехов В.А. Задачник по электронным приборам. Учебн. пособие для вузов / В.А. Терехов - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 278 с.

Таблиця 6.7. Варіанти задачі 3.1 та 3.2

Номер вар.	Номери задач	Номер вар.	Номери задач	Номер вар.	Номери задач
1.	78; 154	11.	90; 159	21.	79; 116
2.	79; 155	12.	92; 112	22.	80; 118
3.	80; 159	13.	93; 116	23.	82; 128
4.	82; 112	14.	96; 118	24.	83; 130
5.	83; 116	15.	97; 128	25.	84; 154
6.	84; 118	16.	98; 130	26.	85; 155
7.	85; 128	17.	104; 154	27.	87; 159
8.	87; 130	18.	105; 155	28.	88; 112
9.	88; 154	19.	106; 159	29.	89; 116
10.	89; 155	20.	78; 112	30.	90; 118

Задача 3.3.

Потужний транзистор, що має тепловий опір між переходом і корпусом R_пк, К/Вт, повинний розсіювати потужність Р_ке, Вт, при температурі навколишнього середовища Т_с, ⁰С. Для підвищення надійності температуру переходу вирішено обмежити Т_n, ⁰С. Між тепловідводом і корпусом транзистора міститься шайба та ізолююче силіконове змащення. Тепловий опір шайби R_тш , К/Вт, а силіконове змащення зменшує його приблизно на 40%. Визначити, яка повинна бути площа тепловідвода, якщо він необхідний? Вважати, что 1 см² металевої поверхні тепловідводу має тепловий опір 800 К/Вт.

Таблиця 6.8. Варіанти задачі 3.3

№	Rпк, К/Вт	Pкэ, Вт	Тс, 0С	Тn, 0С	Rтш, К/Вт	№	Rпк, К/Вт	Pкэ, Вт	Тс, 0С	Тn, 0С	Rтш , К/Вт
1.	0,5				1,5	16.	0,8
2.	0,5				1,5	17.	0,8
3.	0,5				1,5	18.	0,8				2,3
4.	0,5				1,5	19.	0,8				2,3
5.	0,5				1,5	20.	0,8				2,3
6.	0,6				1,8	21.	0,9				2,5
7.	0,6				1,8	22.	0,9				2,5
8.	0,6				1,8	23.	0,9				2,5
9.	0,6				1,8	24.	0,9				2,5
10.	0,6				1,8	25.	0,9				2,5
11.	0,7					26.					1,5
12.	0,7					27.					1,5
13.	0,7					28.					1,5
14.	0,7					29.					1,5
15.	0,7					30.					1,5

Задача 3.4.