Вариант № 11 Практическое занятие №1

Целью работы является исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов и приобретение навыков расчета их основных параметров.

Задачи:

• Закрепление изученного ранее теоретического материала о процессах, протекающих в полупроводниковых диодах;

• Конкретизация умений производить расчеты и построение вольт-амперных характеристик полупроводниковых диодов;

• Приобретение навыков определения основных параметров полупроводниковых диодов.

Задание 1 Расчет и построение вольт-амперной характеристики идеального p-n-перехода.

Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику идеального p-n-перехода (полупроводникового диода) I(U) при заданном значении температуры T и значении теплового тока (обратного тока насыщения) перехода I₀:

1. Без учета сопротивления базовой области R_Б;

2. С учетом сопротивления базовой области R_Б.

Обе характеристики построить на одном графике. Показать влияние сопротивления базовой области R_Б на ВАХ p-n-перехода.

Исходные данные: T=290⁰C, I₀=1 мкА, R_Б=30 Ом.

Решение:

T [К]=T[⁰C]+273=563 К

1. Тепловой потенциал при заданной температуре

2. Используя полученное значение теплового потенциала и заданное значение обратного тока насыщения значения тока через p-n-переход для напряжений от 0 до -5 В с шагом 1 В и от 0 до 0,2 В с шагом 0,05 В. Результаты расчета занесем в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U, В	-5	-4	-3	-2	-1	0	0,05	0,1	0,15	0,2
	-102,04	-81,63	-61,22	-40,82	-20,41	0	1,02	2,04	3,06	4,08
I, мА	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	0	1,77*10-3	6,69*10-3	20,32*10-3	58,14*10-3

3. Используя данные таблицы 1.1 построим ВАХ идеального p-n-перехода (рисунок 1).

Рисунок 1.

4. Отдельно проведем расчеты в области малых прямого и обратного напряжений (в диапазоне -3φ_т до 3 φ_т), полученные данные занесем в таблицу 1.2. Формулы для расчетов как в пункте 2. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 2).

Таблица 1.2

№	1	2	3	4	5	6	7
U, мВ	-145,68	-97,12	-48,56	0	48,56	97,12	145,68
	-3	-2	-1	0	1	2	3
I, мкА	-0,95	-0,86	-1,72	0	1,71	6,39	19,09

Рисунок 2.

5. Проведем анализ влияния сопротивления базовой области на ВАХ идеального p-n-перехода. Влияния сопротивления R_Б учтем исходя из перераспределения приложенного внешнего напряжения между обедненным слоем и базовой областью: U=U_p-n+IR_Б. Для расчетов воспользуемся данными таблицы 1.1. Полученные результаты занесем в таблицу 1.3. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 3).

Таблица 1.3

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Up-n, В	-5	-4	-3	-2	-1	0	0,05	0,1	0,15	0,2
	-102,04	-81,63	-61,22	-40,82	-20,41	0	1,02	2,04	3,06	4,08
I, мА	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	-1*10-3	0	1,77*10-3	6,69*10-3	20,32*10-3	58,14*10-3
IRБ, В	-3*10-4	-3*10-4	-3*10-4	-3*10-4	-3*10-4	0	5,31*10-4	2,0*10-5	6,09*10-5	17,44*10-5
U, В	-5	-4	-3	-2	-1	0	0,0505	0,10	0,150	0,200

Рисунок 3.

6. Отдельно проведем расчеты сопротивления базовой области на ВАХ идеального p-n-перехода в области малых прямого и обратного напряжений (в диапазоне -3φ_т до 3 φ_т), полученные данные занесем в таблицу 1.4. Формулы для расчетов как в пункте 5. По полученным данным построим ВАХ (рисунок 4).

Таблица 1.4

№	1	2	3	4	5	6	7
Up-n, мВ	-145,68	-97,12	-48,56	0	48,56	97,12	145,68
	-3	-2	-1	0	1	2	3
I, мкА	-0,95	-0,86	-1,72	0	1,71	6,39	19,09
IRБ, мВ	-0,019	-0,025	-0,051	0	0,051	0,162	0,573
U, мВ	-145,67	-97,15	-48,57	0	48,51	96,96	145,11

Рисунок 4.

7. Приведем вместе для сравнения (влияние учета сопротивления базовой области на ВАХ) рисунок 1,3 и рисунки 2,4.

Рисунок 5.

Рисунок 6.

Как видно из рисунков 5 и 6 учет сопротивления базовой области существенно сказывается только для прямой ветви ВАХ и проявляется в появлении почти линейного участка ВАХ (для данного примера это не слишком заметно из-за большого значения температуры).