Лабораторная работа №3_Электроника

Министерство цифрового развития, связи и массовых

коммуникаций Российской Федерации

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

(МТУСИ)

Кафедра «Электроника»

ОТЧЁТ

по дисциплине "Электроника"

на тему:

"Исследование полупроводниковых диодов и их моделей"

Выполнил студент группы

------

Проверил профессор, д-р техн. наук

------

Москва 2026

Лабораторная работа №3

«Исследование металло-полупроводниковых переходов»

Вариант №6

Целью работы является изучение особенностей полупроводниковых диодов различных типов и их компьютерных моделей различной степени сложности и точности.

Выполнение работы

Необходимо ввести исходные данные согласно заданному преподавателем номеру варианта.

Таблица 1 - Исходные данные

№. вар.	Тип металла (работа выхода, , эВ)
6	1N3491

Для кремниевых p-n переходов характерна ширина запрещенной зоны EG = 1,11 эВ, для арсенид-галлиевых – EG = 1,3 эВ, для метало-полупроводниковых переходов Шотки – EG = 0,6 эВ и менее.

В нашем случае в диоде 1N3491 наблюдается кремниевый p-n переход, так как EG = 1,11 эВ.

Так как сопротивление открытого состояния RS = 0,00422 Ом, то диод сильноточный. Помимо этого, коэффициент влияния М = 1,023, значит диод является варикапом.

На рисунке 1 показана зависимость прямого тока диода от предложенного к нему напряжения при температуре 27°C.

Рисунок 1 – График прямой ветви вольт-амперной характеристики при T=27°C

Тепловая мощность равна: P_расс = 0,9*6,748 = 6,0732 Вт

Определим класс мощности: P_расс > 1Вт. Следовательно, диод мощный.

На рисунке 2 показано изменение прямой ветви вольт-амперной характеристики при повышении температуры. При температуре 57°C ток во всех точках характеристики выше, чем при температуре 27°C. Это можно объяснить тем, что с увеличением температуры уменьшается потенциальный барьер и увеличивается ток насыщения.

Рисунок 2 – График прямой ветви вольт-амперной характеристики при T=27°C и T=57°C

На рисунке 3 приведены обратные ветви вольт-амперной характеристики при разной температуре. С повышением температуры напряжение пробоя уменьшается, а обратный ток возрастает.

Рисунок 3 – График обратной ветви вольт-амперной характеристики при T=27°C и T=57°C

Вывод

В ходе лабораторной работы была изучен полупроводниковый диод и его компьютерная модель в среде Micro-Cap 12. Были получены и проанализированы прямые и обратные ветви вольт-амперной характеристики диода 1N3491 при температурах T=27°C и T=57°C.

Исследуемый диод является сильноточным варикапом, а рассчитанная тепловая мощность показывает, что диод можно отнести к мощным

Был сделан вывод о том, что с повышением температуры ток открытого диода увеличивается, а напряжение пробоя уменьшается, что связано с уменьшением потенциального барьера и ростом тока насыщения.

1. Как моделируется идеализированный р-п переход? Сколько

параметров в такой модели?

I₀ - ток насыщения, _t - термический потенциал

Однако в более простейшей компьютерной модели (электронный ключ) параметры отсутствуют, так как она предполагает нулевое сопротивление при прямом напряжении и бесконечное — при обратном.

2. Как и почему отличаются ВАХ идеализированного и реального

диодов?

ВАХ идеализированного не отражает:

- возникновение пробоя при обратном напряжении (резкий рост тока)

- наклон начальной части обратной ветви ВАХ (из-за сопротивления утечки)

- вырождение экспоненты в линейную зависимость тока от напряжения в области больших прямых токов.

3. Перечислите и поясните физический смысл параметров модели.

IS – ток насыщения (тепловой ток) при Ткомн;

BV – напряжение пробоя;

RS – минимальное сопротивление открытого состояния (R базы);

CJ0 – барьерная емкость при нулевом напряжении;

RL – сопротивление утечки;

EG – ширина запрещенной зоны;

M – показатель степени в выражении для барьерной емкости;

VJ – контактная разность потенциалов;

TT – среднее время жизни (пролета) неосновных носителей в области базы;

RZ – дифференциальное сопротивление на участке пробоя;

VC, IC – примерные координаты точки на прямой ветви, где экспоненциальная зависимость переходит в линейную.

4. Какие свойства реального диода отражают соотношения (2) – (6)?

- участок пробоя

- средняя часть ВАХ

- линейная часть ВАХ при прямом напряжении

IS – ток насыщения при комнатной температуре Tкомн, EG – ширина

запрещенной зоны, k – постоянная Больцмана.

- отражают частотные и инерционные свойства диода (барьерная CJ и диффузионная емкости CD)

5. Чем отличаются ВАХ кремниевого, арсенид-галлиевого р-п диодов,

диода Шоттки?

Для кремниевых переходов ширина запрещённой зоны EG=1,11эВ, для арсенид-галлиевых - EG=1,3эВ, для Шоттки - EG=0,6эВ и менее.

6. В чем заключаются конструктивные особенности высоковольтных

диодов? Сильноточных?

Высоковольтные диоды имеют напряжение пробоя BV 1000В и более, сильноточные имеют сопротивление открытого состояния RS сотые доли Ом и менее.

7. Чем отличаются стабилитроны с туннельным и лавинным пробоем?

Туннельный пробой: при низких напряжениях (BV<6В) и температурных коэффициент отрицательный (-)

Лавинный пробой: при высоких напряжения, температурный коэффициент положительный (+)

8. Чем отличаются высокочастотные диоды? Импульсные диоды?

Высокочастотные диоды имеют ёмкость CJ0около 2пФ и менее

Импульсные имеют среднее время жизни неосновных носителей - несколько нс и менее

9. В чем заключаются особенности варикапов?

Варикапы обладают сильной зависимостью барьерной ёмкости от обратного напряжения, коэффициент влияния М достигает единицы и более (обычно 0,5 или 0,3 для плавных переходов)