Моделирование дифференцирующей rc – цепи

Для моделирования дифференцирующей RC – цепи можно воспользоваться уже готовым файлом схемы интегрирующей цепи, описанной в пункте 4.2. Для этого необходимо загрузить в среду Electronics Workbench этот файл, воспользовавшись командой меню File/Open и выбрав соответствующий каталог и файл, и поменять расположение в схеме резистора и конденсатора. При этом будет удобно пользоваться командой Rotate, которая доступна при нажатии правой кнопкой мыши на соответствующем элементе и передвижением элементов и проводов путем выбора и переноса контактов при нажатой левой клавише мыши. Если же файл схемы, описанной в пункте 4.1 отсутствует на накопителях, то можно повторить операции подготовки схемы к работе, описанные в пункте 4.1. Вид созданной схемы приведен на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 – Дифференцирующая RC - цепь

С дифференцирующей RC – цепью можно проделать те же виды анализа, что были описаны в пункте 4.1. На рисунке 4.10 показан сигнал на выходе цепи, а на рисунке 4.11. - АЧХ и ФЧХ схемы.

Рисунок 4.10 – Сигнал на выходе дифференцирующей RC - цепи

После внесения изменений или окончания работ схему можно сохранить, воспользовавшись командой меню File/Save, если нужно сохранить в том же файле, либо File/Save As если нужно сохранить схему под другим именем или в другом каталоге.

Рисунок 4.11 – АЧХ и ФЧХ дифференцирующей RC - цепи

Задание

Произведите пробное моделирование интегрирующей и дифференцирующей RC-цепей, руководствуясь п.4.1 и п.4.2.

Лабораторная работа № 1.2

Тема: Снятие вольтамперных характеристик полупроводниковых диодов

Цель работы:

• исследовать режимы работы германиевого и кремниевого диодов при подаче прямого и обратного напряжений.

• на основании полученных результатов построить вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов.

Теоретические сведения:

Основным элементом полупроводниковых диодов является p-n переход, разделяющий два полупроводника с различной примесной проводимостью. Такой переход обладает вентильными свойствами, т.е. пропускает электрический ток в одном направлении.

Различают два основных вида диодов: плоскостные и точечные.

Первые применяются для выпрямления переменного тока, а вторые для детектирования сигналов. В первых используется p-n переход, имеющий относительно большую площадь, а во вторых – контакт между полупроводником и металлическим острием.

В микрозоне полупроводника под острием возникает p-проводимость, а в прилегающей к ней зоне – n-проводимость. Площадь p-n перехода в этом случае очень мала, а, следовательно, мала и его ёмкость, что позволяет применять такие диоды для детектирования высокочастотных маломощных сигналов.

Плоскостные диоды изготавливаются главным образом методами сплавления (вплавления) или диффузии.

Рассмотрим свойства p-n-перехода, возникающего при соприкосновении двух полупроводников с различными типами электропроводимости.

Если до соприкосновения в обоих полупроводниках электроны, дырки и неподвижные ионы распределены равномерно, то при соприкосновении полупроводников в пограничном слое происходит рекомбинация (воссоединение) электронов и дырок. Свободные электроны из зоны полупроводника n-типа занимают свободные уровни в валентной зоне полупроводника р-типа. В ре­зультате вблизи границы двух полупроводников образуется слой, лишенный подвижных носителей заряда и поэтому обладающий высоким электрическим сопротивлением,— так называемый запираю­щий слой. Толщина запирающего слоя обычно не превышает нескольких микрометров.

Расширению запирающего слоя препятствуют неподвижные ионы донорных и акцепторных примесей, которые образуют на границе полупроводников двойной электрический слой. Этот слой опре­деляет контактную разность потенциалов (потенциальный барьер) на границе полупроводников. Возникшая разность потенциалов создает в запирающем слое электрическое поле, пре­пятствующее как переходу электронов из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, так и переходу дырок в полупроводник n-типа. В то же время электроны могут свободно двигаться из полу­проводника р-типа в полупроводник n-типа, точно так же как дырки из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа. Таким образом, контактная разность потенциалов препятствует движению основных носителей заряда и не препятствует движению неосновных носителей заряда.

Если к p-n-переходу приложить внешнее напряжение, которое создает в запирающем слое электрическое поле, совпадающее по направлению с полем неподвижных ионов, то это приведет лишь к расширению запирающего слоя, так как отведет от контактной зоны и положительные, и отрицательные носители заряда (дырки и электроны).

При этом сопротивление p-n-перехода велико, ток через него мал — он обусловлен движением неосновных носителей заряда. В этом случае ток называют обратным, а p-n-переход — закрытым.

При противоположной полярности источника напряжения внешнее электрическое поле направлено навстречу полю двойного электрического слоя, толщина запирающего слоя уменьшается и при напряжении 0,3—0,5 В для германиевых диодов и 0,6-0,7 В для кремниевых запирающий слой исчезает. Сопротивление p-n-перехода резко снижается, и возникает сравнительно большой ток. Ток при этом называют прямым, а переход—открытым. Сопротивление открыого p-n-перехода определяется только сопротивлением полупроводника.