КР по электронике
.docxMNG = 125
Диод.
Задание 1.1.4
Для p-n переходов из Ge, Si, GaAs при температуре 300K рассчитать:
- контактную разность потенциалов - ширину обедненного слоя p-n перехода
- величину максимального поля.
- рассчитать ширину обедненной области p-n перехода при прямом напряжении и обратном напряжении
- токи насыщения
- температурная зависимость тока насыщения
Исходные данные:
Концентрация акцепторов в базе
(p-область):
Концентрация доноров в эмиттере
(n⁺-область):
Прямое напряжение:
Обратное напряжение:
Температура для пункта 3:
Коэффициент для температурного интервала:
Перевод
концентраций в СИ:
1. Расчет для Германия (Ge) при T = 300 K
Исходные параметры Ge (из Таблицы 1):
(при
300K, используется для
)
(используется
в формуле
)
1.1.
Контактная разность потенциалов (
)
Формула:
Где
(тепловой
потенциал) при
=
.
Расчет:
Ответ:
1.2.
Ширина обедненного слоя (
)
при тепловом равновесии (
)
Формула:
Где
,
.
Расчет:
Ответ:
1.3.
Максимальная напряженность поля (
)
Формула:
Расчет:
Ответ:
1.4. Ширина обедненной области при прямом ( ) и обратном ( ) смещении
Формула:
Для
прямого смещения:
Для
обратного смещения:
Расчет для прямого смещения:
Ответ:
Расчет для обратного смещения:
Ответ:
2. Расчет для Кремния (Si) при T = 300 K
Исходные параметры Si:
2.1. Контактная разность потенциалов ( )
Расчет:
Ответ:
2.2. Ширина обедненного слоя ( ) при
Расчет:
Ответ:
2.3. Максимальная напряженность поля ( )
Расчет:
Ответ:
2.4. Ширина обедненной области при прямом и обратном смещении
Расчет для прямого смещения:
Ответ:
Расчет для обратного смещения:
Ответ:
3. Расчет для Арсенида Галлия (GaAs) при T = 300 K
Исходные параметры GaAs:
3.1. Контактная разность потенциалов ( )
Расчет:
Ответ:
3.2. Ширина обедненного слоя ( ) при
Расчет:
Ответ:
3.3. Максимальная напряженность поля ( )
Расчет:
Ответ:
3.4. Ширина обедненной области при прямом и обратном смещении
Расчет для прямого смещения:
Ответ:
Расчет для обратного смещения:
Ответ:
4.
Отношение токов насыщения
Формула
(1.23), где температурной зависимостью
и
пренебрегаем:
Ширина
запрещенной зоны зависит от температуры:
Расчет для каждого материала:
4.1. Германий (Ge)
,
Ответ:
4.2. Кремний (Si)
Ответ:
4.3. Арсенид Галлия (GaAs)
Ответ:
5.
Температурный интервал
,
при котором обратный ток изменяется в
2,125 раза
Формула
(1.24), где
.
Пренебрегаем зависимостью
в
малом интервале.
Расчет для каждого материала:
5.1. Германий (Ge)
Ответ:
5.2. Кремний (Si)
Ответ:
5.3. Арсенид Галлия (GaAs)
Ответ:
Биполярный транзистор.
Задание 2.1
для планарного дрейфового n-p-n транзистора на основе Si рассчитать:
- коэффиценты γ, k , α, β, τпр и fпр.
- ток эмиттера, ток базы.
- коэффициенты передачи тока в схемах ОБ и ОЭ
- коэффициент усиления сигнала по мощности для усилительного каскада ОЭ
Исходные данные:
Тип: Планарный дрейфовый n-p-n транзистор
Температура: 300 K
Параметры:
(коэффициент
неоднородности базы)
Токи:
Параметры усилительного каскада ОЭ:
Часть 1. Расчет коэффициентов γ, k, α, β, τпр и fпр
1.1. Коэффициент инжекции эмиттера (γ)
Формула (2.11) для дрейфового транзистора:
Где
и
–
числа Гуммеля для базы и эмиттера.
Расчет
числа Гуммеля для базы (
):
Формула
(2.12):
Расчет
числа Гуммеля для эмиттера (
):
Для
планарного транзистора, где
,
используется формула (2.14):
Расчет
отношения
:
Расчет
коэффициента
:
Расчет коэффициента инжекции (γ):
Ответ:
1.2. Коэффициент переноса через базу (k)
Формула (2.17):
Расчет:
Ответ:
1.3. Статический коэффициент передачи тока эмиттера (α) и базы (β)
Формулы (2.6) и (2.8):
Расчет:
Ответ:
1.4. Время пролета через базу (τпр) и предельная частота (fпр)
Формулы (2.10) и (2.9):
Расчет времени пролета (τпр):
Расчет предельной частоты (fпр):
Ответ:
Часть 2. Расчет коэффициентов передачи тока по заданным Iэ и Iб
Дано:
2.1. Коэффициент передачи тока для схемы с ОБ (α)
Формула
(2.6), где
:
Из
уравнения (2.2):
,
следовательно
Ответ:
2.2. Коэффициент передачи тока для схемы с ОЭ (β)
Формула (2.8):
Ответ:
Часть 3. Расчет коэффициента усиления по мощности для усилительного каскада ОЭ
Схема: Усилительный каскад ОЭ с фиксированным током базы.
Дано:
3.1.
Расчет режимного тока базы (
)
Формула
(2.18),
:
3.2.
Расчет режимного тока эмиттера (
)
Из
соотношения
:
3.3.
Расчет дифференциального сопротивления
эмиттера (
)
Формула
(2.19),
:
3.4.
Расчет коэффициента усиления по мощности
(
)
Формула (2.22):
Ответ:
Полевой транзистор.
Задание 3.1
Для полевого транзистора рассчитать:
- C, U и B (дважды, для начальных и изменненых условий)
- дифференциальные сопротивления канала R
Исходные данные:
Материал: p-Si (кремний p-типа)
Диэлектрик: SiO₂
Температура: 300 K
Начальные геометрические параметры:
(толщина
диэлектрика)
(ширина
канала)
(длина
канала)
Физические параметры:
(концентрация
акцепторов)
(контактная
разность потенциалов металл-полупроводник)
(подвижность
носителей в канале)
Электрические параметры:
(напряжение
на стоке)
(напряжение
на затворе)
Измененные геометрические параметры (уменьшить в k раз):
Физические константы:
(относительная
диэлектрическая проницаемость SiO₂)
(относительная
диэлектрическая проницаемость Si)
Часть 1. Расчет для начальной геометрии транзистора
1.1.
Удельная емкость МДП-струкции (
)
Формула (3.2):
Расчет:
Ответ:
1.2.
Пороговое напряжение (
)
Формула
(3.1). Принимаем
,
как указано в методичке:
Расчет подкоренного выражения:
Вычисляем поэтапно:
Расчет порогового напряжения:
Ответ:
1.3. Удельная крутизна (
)
Формула (3.6):
Расчет:
Ответ:
1.4.
Дифференциальное сопротивление канала
(
)
Формула (3.8):
Сначала
необходимо найти ток стока в режиме
насыщения
.
Расчет
тока стока в режиме насыщения (
):
Формула
(3.5), при
:
Расчет подкоренного выражения для :
Расчет дифференциального сопротивления канала ( ):
Ответ:
Часть 2. Расчет для измененной геометрии транзистора
Геометрические параметры уменьшаются в раз:
2.1.
Удельная емкость МДП-струкции (
)
Ответ:
2.2.
Пороговое напряжение (
)
Расчет
подкоренного выражения (оно не изменится,
так как
и
те
же):
Расчет порогового напряжения:
Ответ:
2.3.
Удельная крутизна (
)
Ответ:
2.4.
Дифференциальное сопротивление канала
(
)
Расчет
тока стока в режиме насыщения (
):
Расчет
дифференциального сопротивления канала
(
):
Подкоренное
выражение не изменилось:
Ответ:
Исходные данные:
Напряжение питания:
Площадь кристалла:
Параметры из задания 3.1 (начальная геометрия):
