Задача 1.
Вычислить напряжение на переходе при прямом включении при заданной температуре и заданном прямом токе. Выяснить влияние температуры на прямое напряжение, увеличив температуру на указанное число градусов. Необходимые данные взять из таблицы 1.
Обозначение: m – поправочный коэффициент при вычислении температурного потенциала φT = kT/e (2). Для германия m =1, для диода Шоттки – 1,6, для структур на основе индия – 1,7, для кремния – 2, арсенида галлия – 2,3. S – площадь p-n-перехода; Ge, Шот, In, Si, GaAs – структуры на основе германия, диоды Шоттки, структуры на основе индия, кремния и арсенида галлия. Остальные обозначения даны в пояснениях к работе.
Для решения задачи рекомендуется предварительно определить ток насыщения Io, и затем вычислить напряжение.
Таблица 1.
№ вар. |
S, 10–4 см2 |
ni, 1012 см–3 |
Dn, см2/с |
∆, 10–3 см |
Nд, 1013 см–3 |
Na, 1019 см–3 |
Материал |
T, oK |
Iпр, mA |
R, кОм |
E, B |
1 |
1 |
10 |
10 |
10 |
1 |
10 |
Ge |
290+50 |
1 |
1 |
100 |
2 |
1,1 |
9,9 |
9,9 |
9,9 |
1,1 |
9,9 |
Шот |
280+60 |
10 |
10 |
99 |
3 |
1,2 |
9,8 |
9,8 |
9,8 |
1,2 |
9,8 |
In |
290+60 |
19 |
19 |
98 |
4 |
1,3 |
9,7 |
9,7 |
9,7 |
1,3 |
9,7 |
Si |
280+80 |
28 |
28 |
97 |
5 |
1,4 |
9,6 |
9,6 |
9,6 |
1,4 |
9,6 |
GaAs |
290+70 |
37 |
37 |
96 |
6 |
1,5 |
9,5 |
9,5 |
9,5 |
1,5 |
9,5 |
Ge |
300+50 |
46 |
46 |
95 |
7 |
1,6 |
9,4 |
9,4 |
9,4 |
1,6 |
9,4 |
Шот |
300+60 |
55 |
55 |
94 |
8 |
1,7 |
9,3 |
9,3 |
9,3 |
1,7 |
9,3 |
In |
300+70 |
64 |
64 |
93 |
9 |
1,8 |
9,2 |
9,2 |
9,2 |
1,8 |
9,2 |
Si |
300+80 |
73 |
73 |
92 |
10 |
1,9 |
9,1 |
9,1 |
9,1 |
1,9 |
9,1 |
GaAs |
300+90 |
82 |
82 |
91 |
11 |
2 |
9 |
9 |
9 |
2 |
9 |
Ge |
280+60 |
91 |
91 |
90 |
12 |
2,1 |
8,9 |
8,9 |
8,9 |
2,1 |
8,9 |
Шот |
310+70 |
100 |
100 |
89 |
13 |
2,2 |
8,8 |
8,8 |
8,8 |
2,2 |
8,8 |
In |
310+80 |
109 |
109 |
88 |
14 |
2,3 |
8,7 |
8,7 |
8,7 |
2,3 |
8,7 |
Si |
320+90 |
118 |
118 |
87 |
15 |
2,4 |
8,6 |
8,6 |
8,6 |
2,4 |
8,6 |
GaAs |
320+90 |
127 |
127 |
86 |
16 |
2,5 |
8,5 |
8,5 |
8,5 |
2,5 |
8,5 |
Ge |
290+60 |
136 |
136 |
85 |
17 |
2,6 |
8,4 |
8,4 |
8,4 |
2,6 |
8,4 |
Шот |
320+80 |
145 |
145 |
84 |
18 |
2,7 |
8,3 |
8,3 |
8,3 |
2,7 |
8,3 |
In |
300+80 |
154 |
154 |
83 |
19 |
2,8 |
8,2 |
8,2 |
8,2 |
2,8 |
8,2 |
Si |
310+90 |
163 |
163 |
82 |
20 |
2,9 |
8,1 |
8,1 |
8,1 |
2,9 |
8,1 |
GaAs |
280+80 |
172 |
172 |
81 |
21 |
3 |
8 |
8 |
8 |
3 |
8 |
Ge |
290+50 |
181 |
181 |
80 |
22 |
3,1 |
7,9 |
7,9 |
7,9 |
3,1 |
7,9 |
Шот |
280+60 |
190 |
190 |
79 |
23 |
3,2 |
7,8 |
7,8 |
7,8 |
3,2 |
7,8 |
In |
290+60 |
199 |
199 |
78 |
24 |
3,3 |
7,7 |
7,7 |
7,7 |
3,3 |
7,7 |
Si |
280+80 |
208 |
208 |
77 |
25 |
3,4 |
7,6 |
7,6 |
7,6 |
3,4 |
7,6 |
GaAs |
290+70 |
217 |
217 |
76 |
26 |
3,5 |
7,5 |
7,5 |
7,5 |
3,5 |
7,5 |
Ge |
300+50 |
226 |
226 |
75 |
27 |
3,6 |
7,4 |
7,4 |
7,4 |
3,6 |
7,4 |
Шот |
300+60 |
235 |
235 |
74 |
28 |
3,7 |
7,3 |
7,3 |
7,3 |
3,7 |
7,3 |
In |
300+70 |
244 |
244 |
73 |
29 |
3,8 |
7,2 |
7,2 |
7,2 |
3,8 |
7,2 |
Si |
300+80 |
253 |
253 |
72 |
30 |
3,9 |
7,1 |
7,1 |
7,1 |
3,9 |
7,1 |
GaAs |
300+90 |
262 |
262 |
71 |
31 |
4 |
7 |
7 |
7 |
4 |
7 |
Ge |
280+60 |
271 |
271 |
70 |
32 |
4,1 |
6,9 |
6,9 |
6,9 |
4,1 |
6,9 |
Шот |
310+70 |
280 |
280 |
69 |
33 |
4,2 |
6,8 |
6,8 |
6,8 |
4,2 |
6,8 |
In |
310+80 |
289 |
289 |
68 |
34 |
4,3 |
6,7 |
6,7 |
6,7 |
4,3 |
6,7 |
Si |
320+90 |
298 |
298 |
67 |
35 |
4,4 |
6,6 |
6,6 |
6,6 |
4,4 |
6,6 |
GaAs |
320+90 |
307 |
307 |
66 |
36 |
4,5 |
6,5 |
6,5 |
6,5 |
4,5 |
6,5 |
Ge |
290+60 |
316 |
316 |
65 |
37 |
4,6 |
6,4 |
6,4 |
6,4 |
4,6 |
6,4 |
Шот |
320+80 |
325 |
325 |
64 |
38 |
4,7 |
6,3 |
6,3 |
6,3 |
4,7 |
6,3 |
In |
300+80 |
334 |
334 |
63 |
39 |
4,8 |
6,2 |
6,2 |
6,2 |
4,8 |
6,2 |
Si |
310+90 |
343 |
343 |
62 |
40 |
4,9 |
6,1 |
6,1 |
6,1 |
4,9 |
6,1 |
GaAs |
280+80 |
352 |
352 |
61 |
41 |
5 |
6 |
6 |
6 |
5 |
6 |
Ge |
290+50 |
361 |
361 |
60 |
42 |
5,1 |
5,9 |
5,9 |
5,9 |
5,1 |
5,9 |
Шот |
280+60 |
370 |
370 |
59 |
43 |
5,2 |
5,8 |
5,8 |
5,8 |
5,2 |
5,8 |
In |
290+60 |
379 |
379 |
58 |
44 |
5,3 |
5,7 |
5,7 |
5,7 |
5,3 |
5,7 |
Si |
280+80 |
388 |
388 |
57 |
45 |
5,4 |
5,6 |
5,6 |
5,6 |
5,4 |
5,6 |
GaAs |
290+70 |
397 |
397 |
56 |
46 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
5,5 |
Ge |
300+50 |
406 |
406 |
55 |
47 |
5,6 |
5,4 |
5,4 |
5,4 |
5,6 |
5,4 |
Шот |
300+60 |
415 |
415 |
54 |
48 |
5,7 |
5,3 |
5,3 |
5,3 |
5,7 |
5,3 |
In |
300+70 |
424 |
424 |
53 |
49 |
5,8 |
5,2 |
5,2 |
5,2 |
5,8 |
5,2 |
Si |
300+80 |
433 |
433 |
52 |
50 |
5,9 |
5,1 |
5,1 |
5,1 |
5,9 |
5,1 |
GaAs |
300+90 |
442 |
442 |
51 |
51 |
6 |
5 |
5 |
5 |
6 |
5 |
Ge |
280+60 |
451 |
451 |
50 |
52 |
6,1 |
4,9 |
4,9 |
4,9 |
6,1 |
4,9 |
Шот |
310+70 |
460 |
460 |
49 |
53 |
6,2 |
4,8 |
4,8 |
4,8 |
6,2 |
4,8 |
In |
310+80 |
469 |
469 |
48 |
54 |
6,3 |
4,7 |
4,7 |
4,7 |
6,3 |
4,7 |
Si |
320+90 |
478 |
478 |
47 |
55 |
6,4 |
4,6 |
4,6 |
4,6 |
6,4 |
4,6 |
GaAs |
320+90 |
487 |
487 |
46 |
56 |
6,5 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
6,5 |
4,5 |
Ge |
290+60 |
496 |
496 |
45 |
57 |
6,6 |
4,4 |
4,4 |
4,4 |
6,6 |
4,4 |
Шот |
320+80 |
505 |
505 |
44 |
58 |
6,7 |
4,3 |
4,3 |
4,3 |
6,7 |
4,3 |
In |
300+80 |
514 |
514 |
43 |
59 |
6,8 |
4,2 |
4,2 |
4,2 |
6,8 |
4,2 |
Si |
310+90 |
523 |
523 |
42 |
60 |
6,9 |
4,1 |
4,1 |
4,1 |
6,9 |
4,1 |
GaAs |
280+80 |
532 |
532 |
41 |
61 |
7 |
4 |
4 |
4 |
7 |
4 |
Ge |
290+50 |
541 |
541 |
40 |
62 |
7,1 |
3,9 |
3,9 |
3,9 |
7,1 |
3,9 |
Шот |
280+60 |
550 |
550 |
39 |
63 |
7,2 |
3,8 |
3,8 |
3,8 |
7,2 |
3,8 |
In |
290+60 |
559 |
559 |
38 |
64 |
7,3 |
3,7 |
3,7 |
3,7 |
7,3 |
3,7 |
Si |
280+80 |
568 |
568 |
37 |
65 |
7,4 |
3,6 |
3,6 |
3,6 |
7,4 |
3,6 |
GaAs |
290+70 |
577 |
577 |
36 |
66 |
7,5 |
3,5 |
3,5 |
3,5 |
7,5 |
3,5 |
Ge |
300+50 |
586 |
586 |
35 |
67 |
7,6 |
3,4 |
3,4 |
3,4 |
7,6 |
3,4 |
Шот |
300+60 |
595 |
595 |
34 |
68 |
7,7 |
3,3 |
3,3 |
3,3 |
7,7 |
3,3 |
In |
300+70 |
604 |
604 |
33 |
69 |
7,8 |
3,2 |
3,2 |
3,2 |
7,8 |
3,2 |
Si |
300+80 |
613 |
613 |
32 |
70 |
7,9 |
3,1 |
3,1 |
3,1 |
7,9 |
3,1 |
GaAs |
300+90 |
622 |
622 |
31 |
71 |
8 |
3 |
3 |
3 |
8 |
3 |
Ge |
280+60 |
631 |
631 |
30 |
72 |
8,1 |
2,9 |
2,9 |
2,9 |
8,1 |
2,9 |
Шот |
310+70 |
640 |
640 |
29 |
73 |
8,2 |
2,8 |
2,8 |
2,8 |
8,2 |
2,8 |
In |
310+80 |
649 |
649 |
28 |
74 |
8,3 |
2,7 |
2,7 |
2,7 |
8,3 |
2,7 |
Si |
320+90 |
658 |
658 |
27 |
75 |
8,4 |
2,6 |
2,6 |
2,6 |
8,4 |
2,6 |
GaAs |
320+90 |
667 |
667 |
26 |
76 |
8,5 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
8,5 |
2,5 |
Ge |
290+60 |
676 |
676 |
25 |
77 |
8,6 |
2,4 |
2,4 |
2,4 |
8,6 |
2,4 |
Шот |
320+80 |
685 |
685 |
24 |
78 |
8,7 |
2,3 |
2,3 |
2,3 |
8,7 |
2,3 |
In |
300+80 |
694 |
694 |
23 |
79 |
8,8 |
2,2 |
2,2 |
2,2 |
8,8 |
2,2 |
Si |
310+90 |
703 |
703 |
22 |
80 |
8,9 |
2,1 |
2,1 |
2,1 |
8,9 |
2,1 |
GaAs |
280+80 |
712 |
712 |
21 |
81 |
9 |
2 |
2 |
2 |
9 |
2 |
Ge |
290+50 |
721 |
721 |
20 |
82 |
9,1 |
1,9 |
1,9 |
1,9 |
9,1 |
1,9 |
Шот |
280+60 |
730 |
730 |
19 |
83 |
9,2 |
1,8 |
1,8 |
1,8 |
9,2 |
1,8 |
In |
290+60 |
739 |
739 |
18 |
84 |
9,3 |
1,7 |
1,7 |
1,7 |
9,3 |
1,7 |
Si |
280+80 |
748 |
748 |
17 |
85 |
9,4 |
1,6 |
1,6 |
1,6 |
9,4 |
1,6 |
GaAs |
290+70 |
757 |
757 |
16 |
86 |
9,5 |
1,5 |
1,5 |
1,5 |
9,5 |
1,5 |
Ge |
300+50 |
766 |
766 |
15 |
87 |
9,6 |
1,4 |
1,4 |
1,4 |
9,6 |
1,4 |
Шот |
300+60 |
775 |
775 |
14 |
88 |
9,7 |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
9,7 |
1,3 |
In |
300+70 |
784 |
784 |
13 |
89 |
9,8 |
1,2 |
1,2 |
1,2 |
9,8 |
1,2 |
Si |
300+80 |
793 |
793 |
12 |
90 |
9,9 |
1,1 |
1,1 |
1,1 |
9,9 |
1,1 |
GaAs |
300+90 |
802 |
802 |
11 |
91 |
10 |
1 |
1 |
1 |
10 |
1 |
Ge |
280+60 |
811 |
811 |
10 |
Задача 2.
Определить сопротивление диода постоянному току R0, дифференциальное сопротивление rдиф при прямом включении. Ток Iпр и температура заданы в таблице 1. Rобр вычислить для напряжения Е табл.1 и тока Io, полученного в задаче 1.
Задача 3.
Определить ток идеализированного диода в цепи, представленной на рис. 6.а. Вычислить напряжение, соответствующее этому току, определить дифференциальное сопротивление rдиф = ∆U/∆I в точке полученного тока и напряжения.
Диод включен в прямом направлении. Величину сопротивления R, напряжение Е и температуру Т, К взять из таблицы 1.
Для решения задачи построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) диода рис. 6.б. Расчет можно начинать для Ge с 0,1 В, для диода Шоттки с 0,2 В, для In с 0,3 В, для Si с 0,4 В, для AsGa c 0,5 B. Начало координат сдвинуть на указанное значение вольт. Ось напряжения "растянуть" так, чтобы вся ВАХ укладывалась в 0,2 В.
Напряжение задавать через 0,02 В, пока ток не достигнет 1 мA, после этого напряжение задавать через 0,01 В, пока ток не достигнет значения, указанного в таблице 1 для выбранного варианта. Для удобства построения и последующих расчетов данные следует свести в таблицу.
Перенести ВАХ в координаты Iпр = f(Uпр), как показано на рис. 6.в и провести нагрузочную прямую. Определить ток и напряжение.
Полученный ток отметить на ВАХ диода рис. 6.б. Задать изменение напряжения на 0,02 В, при этом ∆U = 0,02 B. По графику или по таблице определить соответствующее изменение тока, которое даст ∆I. Определить rдиф.