Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Электроника Лабораторные работы

.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
21.03.2026
Размер:
1.59 Mб
Скачать

12

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, , эВ)

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.

Соседние файлы в предмете Электроника