- •Содержание
- •Введение
- •Принцип действия варикапа
- •Формирование структуры варикапа
- •Выбор исходного материала и расчет основных геометрических размеров варикапа
- •Построение вфх и зависимости толщины p-n перехода от напряжения.
- •Построение вах.
- •Построение графика добротности.
- •Заключение
- •Список литературы
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
Курсовая РАБОТА
по дисциплине «Твердотельная электроника»
Тема:
Расчет основных параметров и характеристик
активных элементов твердотельной электроники
Студент гр. 5209 |
|
Хабибулин А.Р. |
Преподаватель |
|
Райская Е.К. |
Санкт-Петербург
2018
Аннотация
В данной курсовой работе исследуются параметры полупроводниковых приборов, а также P-n переход на примере варикапа. будут рассчитаны: пробивное напряжение, контактная разность потенциалов, площадь P-n перехода, удельная емкость. Будут построены графики АЧХ, ВФХ и график добротности.
Summary
In this course work, the parameters of semiconductor devices are investigated, as well as the P-n transition of the varicap, as an example. The breakdown voltage, the contact potential difference, the P-n junction area, the specific capacitance will be calculated. The curves of AFC, VFX and Q-factor plot will be constructed.
Содержание
|
Введение |
4 |
1. |
Расчет основных параметров варикапа. |
10 |
2. |
Построение ВФХ и δ(U). |
11 |
3. |
Построение ВАХ. |
12 |
4. |
Построение графика добротности |
13 |
5. |
Заключение |
14 |
6. |
Список литературы |
15 |
Введение
Варикап- это полупроводниковый прибор, реактивностью которого можно управлять с помощью напряжения смещения. Он широко используется в параметрических усилителях, генераторах гармоник, смесителях, детекторах и в системах с электронной настройкой в качестве нелинейной управляемой электрическим напряжением емкости.
Основные параметры варикапов:
-
Емкость варикапа - емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении (от единиц то сотен пикофарад).
-
Коэффициент перекрытия емкости Кс- отношение емкостей варикапа (от нескольких единиц до нескольких десятков) при двух заданных значениях обратных напряжений.
-
Сопротивление потерь – суммарное активное сопротивление включая сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов варикапа.
-
Добротность - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте переменного сигнала - к сопротивлению потерь при заданных значениях емкости или обратного напряжения (от десятков до сотен единиц).
-
Температурные коэффициент емкости - относительное изменение емкости при изменении температуры окружающей среды.
Принцип действия варикапа
В варикапах используется свойство p-n перехода изменять свою барьерную емкость под действием внешнего напряжения.
При приложении внешнего напряжения к p-n переходу происходит изменение толщины ОПЗ, что связано с изменением объемного заряда некомпенсированных ионов в области p-n перехода. Изменение размеров и значений емкости соответствует тому, что p-n переход ведет себя как конденсатор. Эта емкость называется барьерной, и ее необходимо учитывать при приложении к диоду переменного напряжения.
Для плоскостного диода ее можно рассчитать по формуле плоского конденсатора:
Где толщина электронно-дырочного перехода для случаев резкого и плавного переходов определяется соотношениями 1.8 и 1.10 соответственно.
На рисунке 1.15 показаны Вольт-Фарадные характеристики плавного 1 и резкого 2 переходов при увеличении обратного напряжения ; уменьшение барьерной емкости обусловлено увеличение толщины p-n перехода.
Диффузионная емкость p-n перехода проявляется при прямом смещении диода и характеризуется изменением заряда инжектированных носителей при изменении внешнего напряжения.
Практическому использованию в варикапах диффузионной емкости препятствуют ее низкая добротность из-за относительно больших активных токов через диод, сильная зависимость диффузионной емкости от температуры и частоты, а так же высокий уровень собственных шумов.
Варикап работает при обратном напряжении (), приложенном к p-n переходу в частных случаях распределения примесей, соответствующих резкому и плавному p-n переходам. При этом формула 1.17 преобразуется к виду:
Где n=2 для резких p-n переходов и n=3 для плавных переходов. - емкость при нулевом напряжении на диоде равная для резких и плавных переходов, соответственно:
Упрощенная эквивалентная схема варикапа приведена на рисунке 1.16 где - емкость перехода, - последовательное соединение базы, - параллельное эквивалентное сопротивление (дифференциальное сопротивление p-n перехода), обусловленное обратным током p-n перехода, включающим в себя ток насыщения 1.12 и ток генерации 1.15, а также током утечки. С ростом обратного смещения и уменьшаются, а обычно возрастает.
Эффективность варикапа определяется его добротностью которая равна отношению запасенной в нем энергии к рассеиваемой, и может быть рассчитана по формуле:
Продифференцировав это выражение, можно получить угловую частоту , соответствующую максимальной добротности , и саму величину :
На рисунке 1.17 приведены кривые, поясняющие зависимость между добротностью варикапа , частотой и напряжением смещения. Максимум добротности варикапов обычно достигается в диапазоне частот 1…10 МГц.
Максимальное напряжение смещения ограничено напряжением пробоя p-n перехода варикапа .
При фиксированном напряжении смещения добротность изменяется на низких частотах по закону:
Т.е добротность варикапа растет с увеличением частоты. На высоких частотах добротность варикапа уменьшается с увеличением частоты.