МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра микро- и наноэлектроники |
||||||
КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Твердотельная электроника» Тема: Расчёт параметров активных элементов твердотельной электроники
|
||||||
|
||||||
Санкт-Петербург 2025 |
Аннотация
Данная работа посвящена изучению принципа работы и физических процессов в кремниевом выпрямительном диоде, параметры которого определяются расчётами на основе исходных данных. В рамках исследования анализируются устройство прибора, его принцип действия, примеры использования в электротехнике, построенная вольт-амперная характеристика (ВАХ), а также выводы о применении диода с рассчитанными параметрами.
SUMMARY
This research explores the operating principles and physical processes in a silicon rectifier diode, whose parameters are calculated based on initial design data. The study analyzes the device’s structure, working mechanism, examples of its applications in electrical engineering, the constructed current-voltage characteristic (I-V curve), and conclusions about using the diode with the calculated parameters.
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Назначение прибора 5
2 Структура и принцип действия 6
3 основные параметры и характеристики 8
4 Электрическая схема замещения 9
5 Диапазон основных параметров реальных приборов 10
6 Расчет параметров выпрямительного диода 11
6.1 Расчёт концентраций примесей в материале 11
6.2 Расчёт эффективных плотностей состояний и концентрации собственных носителей заряда 12
6.3 Расчёт контактной разности потенциала 13
6.4 Расчёт и построение обратной ветви вольтамперной характеристики 14
6.5 Расчёт и построение прямой ветви вольтамперной характеристики 19
6.6 Расчёт барьерной емкости выпрямительного диода и максимальной рабочей частоты 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
Список использованных источников 23
Введение
Современная электроника продолжает активно развиваться, однако её базовые элементы, такие как выпрямительные диоды, остаются незаменимыми компонентами. Эти устройства играют ключевую роль в преобразовании переменного тока в постоянный, что является основой работы большинства электронных систем.
Целью данной курсовой работы является исследование и расчет характеристик выпрямительного диода на основе предоставленных исходных данных, таких как максимальные прямое падение напряжения, максимальный обратный ток, тип структуры и другие дополнительные параметры. В рамках этой работы проводится определение концентрации легирующих примесей, строится вольт-амперная характеристика (ВАХ) c учетом температурных изменений параметров и рассчитываются оптимальные геометрические размеры диода.
Наряду с теоретическими расчётами, в работе приводятся реальные примеры практического применения выпрямительных диодов в различных электронных схемах и устройствах. Описывается принцип работы диода, его основные характеристики и особенности конструкции.
В заключении работы подводятся итоги проведённого исследования, формулируются выводы. Таким образом, данная курсовая работа представляет собой исследование выпрямительного диода, включающее как теоретические расчёты, так и практические аспекты его использования.
1 Назначение прибора
Выпрямительными называют диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный за счет односторонней проводимости. Это свойство используется для «срезания» отрицательных полупериодов переменного напряжения, превращая его в пульсирующий постоянный ток. Например, в блоках питания бытовой техники, компьютеров и промышленного оборудования выпрямительные диоды формируют основу мостовых, однополупериодных или двухполупериодных схем выпрямления. Без таких диодов невозможно было бы обеспечить стабильное питание электронных устройств, требующих постоянного напряжения.
Кроме преобразования тока, выпрямительные диоды выполняют защитную роль. В зарядных устройствах для аккумуляторов они предотвращают обратный разряд батареи при отключении источника питания, а в солнечных панелях блокируют утечку энергии при затемнении элементов. В автомобильной электронике, например, диоды защищают цепи от скачков обратного напряжения, возникающих при работе генератора или стартера. Это делает их незаменимыми в системах, где критична сохранность чувствительных компонентов.
Общая структура полупроводникового диода представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура полупроводникового диода с p-n переходом