другой варик Электроника Лабораторные работы

11

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)
10	MBRP30045СТ

Наименование диода по Вашему варианту:

Параметры модели диода:

EG = 1.3 ; BV = 45 ; RS = 0.000431628;

CJ0 = 1E-11; TT = 0 ; M = 0.5

5. В данном случае в диоде MBRP30045СТ значение EG = 1.3 эВ. Это свойственно для арсенид-галлиевых переходов.

6. Так как диоды с ёмкостью CJ0 = 2 пФ и менее предназначены для высокочастотной работы, то диод с ёмкостью CJ0 = 1E-11 пФ, будет высокочастотным.

Так как M=0.5 то это, обычно, плавные p-n переходы.

7. Прямая ВАХ:

8. Рассеиваемая мощность: Pрасс = Iмакс x Uмакс = 0.9 * 0.523057 = 0.4707513

Используемый диод MBRP30045СТ 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.

Вывод: Данный диод является арсенид-галлиевым, высокочастотным, имеющим плавные p-n переходы, а также он является 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)

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	3*10^17	0.25	2.5

Результаты исследований

Вариант 4	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)	0.99988	0.99115	0.99103	110.520	25.8015	6.41712
Однородная база η = 0 (диффузион- ный БТ)	0,99939	0,96969	0,96911	31,3953	86,8055	1,83346
Повышенная концентрация примесей в эмиттере NЭ, см-3	0.99998	0.99115	0.99113	111.850	24.8015	6.41712
Повышенная концентрация примесей в базе NБ ,см-3	0.99880	0.99115	0.98996	98.7735	24.8015	4.41712
Увеличенная толщина базы w, мкм	0.99976	0.96551	0.96528	27.8137	99.2063	1.60428

Выводы:

В ходе работы установлено, что параметры биполярного транзистора наиболее чувствительны к толщине базы. Увеличение её вдвое привело к падению коэффициента усиления β почти в 4 раза и снижению предельной частоты fα примерно в 4 раза. Это связано с резким ростом времени пролета и повышением вероятности рекомбинации носителей в утолщенной базе, что подтверждает критическую важность минимизации данного параметра для создания высокочастотных и быстродействующих приборов.

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

Вариант 4

1. Статический режим

Получение передаточной характеристики и определение потребляемой мощности статического состояния .

Рис. 2. Передаточная характеристика КМДП-ключа в статическом режиме.

Напряжение источника питания:

Ток статического состояния:

Рассчитываем ток всех трёх ключей:

Рассчитываем потребляемую ключом мощность статического состояния:

2. Временная диаграмма — быстродействие

Рис. 3. Временные диаграммы входного и выходного сигналов КМДП-ключа.

Быстродействие ключа определяется средним временем переключения:

где:

3. Средний потребляемый ток в режиме переключений (исходное)

Если предположить, что в ЦИС происходит изменение состояния всех КМДП-ключей с тактовой частотой , то рассеиваемая в виде тепла мощность составит:

Количество ключей:

4. Уменьшение ёмкостей в раза (Q1 и Q4)

CGSO – ёмкость затвор-исток;

CGDO – ёмкость затвор-сток;

CGBO – ёмкость затвор-подложка.

n=4

Емкости транзистора Q1:

Емкость	Было	Стало
CGSO	200N	20N
CGDO	200N	20N
CGBO	100N	10N

Емкости транзистора Q4:

Емкость	Было	Стало
CGSO	200N	20N
CGDO	200N	20N
CGBO	100N	10N

Ширина/длина:

Выполняем новый расчёт с изменёнными ёмкостями:

Рис. 4. Временные диаграммы сигналов КМДП-ключа при уменьшенных ёмкостях транзисторов.

Быстродействие ключа:

где:

Средний потребляемый ток в режиме переключений (новый):

(сохранено в документальном виде — единица «А»)

Если предположить, что в ЦИС происходит изменение состояния всех КМДП-ключей с тактовой частотой , то рассеиваемая в виде тепла мощность составит:

5. Минимальный топологический размер (как в документе)

Формула:

Подстановка (как в документе):

В ходе лабораторной работы исследован принцип действия КМДП-ключа на комплементарных МДП-транзисторах. Определены основные энергетические и быстродействующие параметры схемы на основании полученных временных диаграмм и расчётов.

Показано, что КМДП-ключ характеризуется крайне малым энергопотреблением в статическом режиме и высоким быстродействием. Уменьшение межэлектродных ёмкостей транзисторов в 4 раза привело к уменьшению среднего времени переключения и значительному снижению динамической потребляемой мощности, а также рассеиваемой энергии схемы.

Полученные результаты подтверждают, что снижение паразитных ёмкостей и топологических размеров транзисторов является эффективным способом повышения быстродействия и энергоэффективности КМДП-элементов цифровых интегральных схем.