Электроника Лабораторные работы
.docx
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ И ИХ КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ
Цель работы: Изучение особенностей полупроводниковых диодов различных типов и их компьютерных моделей различной степени сложности и точности.
Ваш вариант: № 3
Таблица 1
№. вар. |
Тип
металла (работа выхода,
|
3 |
MBR845 |
Наименование диода по Вашему варианту:
Параметры модели диода:
EG = 0.6 ; BV = 45 ; RS = 0.0119924 ;
CJ0 = 1.3657E-09; TT = 1E-09 ; M = 0.478505
5. В нашем случае в диоде MBR845 значение EG = 0.6 эВ, значит это переход Шотки. Диоды Шотки могут одновременно допускать большие токи (малое RS), обладают малыми тепловыми потерями (за счёт малого напряжения открытого состояния)
6. Так как диоды с ёмкостью CJ0 = 2 пФ и менее предназначены для высокочастотной работы, то диод MBR845 с ёмкостью CJ0 = 1.3657E-09 пФ, будет высокочастотным.
7. Прямая ВАХ:
8. Рассеиваемая мощность: Pрасс = Iмакс x Uмакс = 0.9 * 0.036979 = 0.0332811
Используемый диод относится к классу среднемощных.
9.
Ток открытого диода больше при при Т=57°C, чем при при Т=27°C.
10.
11.
При более высокой температуре, напряжение пробоя уменьшается.
Рассматриваемый диод имеет переход Шотки, является высокочастотным и среднемощным. При повышении температуры ток открытого диода повышается, а напряжение пробоя уменьшается.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Цель работы: Ознакомление с физическими принципами функционирования биполярного транзистора (БТ), с особенностями его изготовления и взаимосвязью конструкции, размеров и параметров.
На рис. 1 изображён БТ со структурой n-p-n
Таблица 1. Исходные данные для варианта 4 (дрейфовый кремниевый n - p - n БТ)
№ вари- анта |
Концентрация примесей в эмиттере NЭ, см-3 |
Концентрация примесей в базе NБ, см-3 |
Колщина базы w, мкм |
Коэффициент неоднородности базы, η |
3 |
10^19 |
10^17 |
0.3 |
3 |
Результаты исследований
Вариант 3 |
Коэф. инжекции γ |
Коэф. Переноса κ |
Коэф. передачи тока ОБ, α |
Коэф. передачи тока ОЭ, β |
Среднее время пролёта τПР, нс |
Предельная частота в схеме ОБ f α ,МГц |
Исходный (табл. 1) |
0,99987 |
0,98887 |
0,98875 |
87,9501 |
31,25 |
5,09295 |
Однородная база η = 0 (диффузион- ный БТ) |
0,99927 |
0,95693 |
0,95624 |
21,8712 |
124,999 |
1,27323 |
Повышенная концентрация примесей в эмиттере NЭ, см-3 |
0,99998 |
0,98887 |
0,98886 |
88,7941 |
31,25 |
5,09295 |
Повышенная концентрация примесей в базе NБ ,см-3 |
0,99880 |
0,98887 |
0,98768 |
80,3166 |
31,25 |
5,09295 |
Увеличенная толщина базы w, мкм |
0,99975 |
0,95693 |
0,95670 |
22,1042 |
125 |
1,27323 |
Выводы:
В ходе работы исследовано влияние параметров конструкции на характеристики биполярного транзистора.
Уменьшение неоднородности базы (переход к диффузионному транзистору) резко снижает коэффициент передачи (β с 88 до 22) и частотные свойства (fα с 5.1 до 1.3 МГц) из-за отсутствия ускоряющего поля для носителей. Увеличение толщины базы в 2 раза даёт аналогичный негативный эффект — время пролёта растёт, а предельная частота падает.
Повышение концентрации в эмиттере на порядок слабо улучшает инжекцию (β вырос до 88.8), тогда как увеличение легирования базы, наоборот, ухудшает её (β упал до 80.3).
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7.
ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧА НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МДП ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: Изучение принципа работы КМДП - ключа (ключа на комплементарных МДП транзисторах), определение средней работы переключения КМДП - ключа и её связи с топологическим размером транзистора.
Исследуемая схема
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7.
ИССЛЕДОВАНИЕ КЛЮЧА НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МДП ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: Изучение принципа работы КМДП - ключа (ключа на комплементарных МДП транзисторах), определение средней работы переключения КМДП - ключа и её связи с топологическим размером транзистора.
Исследуемая схема
Выполнение задания:
Статический режим.
1. Получение передаточной характеристики Uвых= f(Uвх) и определение потребляемой мощности статического состояния Рстат.
Рис. 2. Передаточная характеристика КМДП-ключа в статическом режиме.
Напряжение источника питания:
Ток статического состояния:
Ток одного ключа:
Мощность статического состояния одного ключа:
2. Временная диаграмма исследуемого среднего ключа.
Рис. 3. Временные диаграммы входного и выходного сигналов КМДП-ключа.
Быстродействие ключа определяется средним временем переключения:
где:
t01 – время переключения из состояния 0 в состояние 1, = 0.520нс=5.20∗10−10с
t10 – время переключения из состояния 1 в состояние 0. = 0.481нс=4.81∗10−10с
3. Средний потребляемый ток исследуемого ключа в режиме переключений
Ток источника в динамике:
Ток одного ключа:
Средняя потребляемая мощность одного ключа в динамике:
Если предположить, что в ЦИС происходит изменение состояния всех m КМДП-ключей с тактовой частотой f =200 МГц (20*107), то рассеиваемая в виде тепла мощность составит величину:
Ppacc = m*f*P*t
количество ключей m = 108
4. Согласно заданному варианту, уменьшить в n раз все три основные емкости транзистора Q1 и Q4:
CGSO – ёмкость затвор-исток;
CGDO – ёмкость затвор-сток;
CGBO – ёмкость затвор-подложка.
Емкости транзистора Q1:
Емкость |
Было |
Стало |
CGSO |
200N |
25N |
CGDO |
200N |
12N |
CGBO |
100N |
25N |
Емкости транзистора Q4:
Емкость |
Было |
Стало |
CGSO |
200N |
25N |
CGDO |
200N |
12N |
CGBO |
100N |
25N |
W=L=5u=5*10-6
Выполняем новый расчет с изменёнными емкостями транзисторы:
Быстродействие ключа определяется средним временем переключения:
где:
t01 – время переключения из состояния 0 в состояние 1, = 0,151 нс = 1,51*10-10 с
t10 – время переключения из состояния 1 в состояние 0. = 0,137 нс = 1.37*10-10 с
t=1,44*10-10 с
Средний потребляемый ток исследуемого ключа в режиме переключений
Ток
одного ключа:
Средняя потребляемая мощность:
Если предположить, что в ЦИС происходит изменение состояния всех m КМДП-ключей с тактовой частотой f =200 МГц (20*107), то рассеиваемая в виде тепла мощность составит величину:
Рассчитаем минимальный топологический размер видоизмененной схемы wизм. для этого расчёта имеет вид:
В ходе лабораторной работы
исследован КМДП-ключ и подтверждены
его ключевые особенности: минимальное
энергопотребление в статическом режиме
(порядка
Вт)
и высокое быстродействие (время
переключения около 0.5 нс). Экспериментально
показано, что уменьшение межэлектродных
ёмкостей транзисторов привело к
значительному ускорению работы ключа
— среднее время переключения снизилось
с
с
до
с,
а динамическая потребляемая мощность
уменьшилась более чем на два порядка.
Это наглядно демонстрирует основную
тенденцию развития микроэлектроники:
уменьшение паразитных ёмкостей и
топологических размеров элементов
является основным способом повышения
быстродействия и снижения энергопотребления
цифровых интегральных схем, что
соответствует закону Мура.

,
эВ)