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 WF відносно (дна зони провідності WC, середини забороненої зони WE, стелі валентної зони WV)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 ni 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 Djкпри температурі Т Кельвіна; густину зворотного струму насичення j0, якщо Ln = Lp = 1×10-3м; пряму напругу Uпр, яку необхідно прикласти до переходу для одержання прямого струму густиною j, А/см2. Рухливість електронів mn і дірок mр 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 RЕ і бази RБ, Ом. В робочій точці для заданої прямої напруги Uпр 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 стабілізаціїUст, В. Визначити допущенні межі зміни напруги живлення, якщо максимальний струм стабілітрона Iст.мах, мА, мінімальний струм стабілітрона Iст.мin,мА,опір навантаження Rн, кОм, опір обмежувального резистора Rобм, 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 Rн = 2 кОм. Знайти опір обмежувального резистора Rобм, якщо напруга джерела міняється в межах, знайдених у задачі 2.4. Визначити, чи буде забезпечена стабілізація у всьому діапазоні зміни Е. Значення Uст , Iст.min , Iст.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 Rпк, К/Вт, повинний розсіювати потужність Рке, Вт, при температурі навколишнього середовища Тс, 0С. Для підвищення надійності температуру переходу вирішено обмежити Тn, 0С. Між тепловідводом і корпусом транзистора міститься шайба та ізолююче силіконове змащення. Тепловий опір шайби Rтш , 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.