1. Реферат

2. Зміст

3. Вступ

4. Теоретичний матеріал по напівпровідниковому діоду

5. Розрахунок параметрів і характеристик діода

6. Теоретичний матеріал по одному з типів транзисторів (біполярному, ПТКП, МДН) залежно від варіанту завдання

7. Розрахунок транзистора (біполярного, ПТКП, МДН) залежно від варіанту завдання

8. Висновки

9. Список посилань

Оформлення розрахунково-пояснювальної записки проводиться згідно з ДСТУ3008-95.

1.2 Графічна частина

Графічна частина складається з одного листа стандартного формату (не менше А3), оформлюється відповідно до вимог ЄСКД та повинна містити основні характеристики напівпровідникових приладів (наприклад ВАХ діода, вихідні характеристики транзистора тощо), отримані протягом виконання курсового проекту.

1.3 Завдання на курсове проектування

Варіанти завдань для виконання курсового проектування наведені у додатку А.

У таблицях А1, А2 наведені теоретичні питання по напівпровідниковому діоду та транзистору відповідно. У таблиці А3 наведені початкові дані для розрахунку параметрів та характеристик діода, а у таблицях А4, А5, А6 - початкові дані для розрахунку параметрів та характеристик різних типів транзисторів.

Вибір варіанту завдання виконується за наступною схемою:

Примітка: якщо номер варіанта, отриманий за приведеною вище схемою, перебільшує 34, то варіант завдання визначається викладачем особисто.

Приклад вибору варіанту завдання:

1) якщо студент вчиться в групі ЕС-YY-01д та має 8-й номер варінту відповідно до журналу акдем. групи, то варіант завдання обчислюється таким чином:

варіант завдання = 8 + 15 = 23;

2) якщо студент вчиться в групі ЕС-YY-02д та теж має 8-й номер варінту відповідно до журналу акдем. групи, то варіант завдання, згідно зі схемою наведеною вище, обчислюється вже по іншому:

варіант завдання = номер варіанту у журналі групи = 8.

2 Розрахунок параметрів і характеристик діода

Початкові дані для розрахунку напівпровідникового діода представлені в таблиці 2.1, а графічні пояснення до них - на рисунку 2.1. Вхідними даними для розрахунку є:

A — ширина і довжина кристала (кристал квадратний), см;

h — товщина пластини, см;

_б — товщина бази, см;

N_б — концентрація домішкових атомів в базі діода, см^-3;

N_е — концентрація домішкових атомів в емітері діода, см^-3;

_б — час життя нерівноважних носіїв заряду, с;

R _t — тепловий опір корпусу діода, К/Вт

Таблиця 2.1 Початкові дані

А, см	h, см	б, см	Nб, см-3	Nе, см-3	б, с	Rt, К/Вт
1	30010-4	28010-4	1014	1018	1010-6	1.5

Важливо! Слід звернути увагу, що перед початком розрахунку одиниці довжини необхідно перевести в сантиметри, а одиниці часу — в секунди.

Окрім початкових даних в розрахунках присутні наступні величини:

— заряд електрона, Кл;

— електрична постійна, Ф/см

— діелектрична проникність кремнію;

— постійна Больцмана, Дж/К;

— власна концентрація носіїв заряду в кремнії, см^-3;

— температура корпусу діода, К;

— максимальна температура кристала, К.

Порядок виконання розрахунку параметрів і характеристик діода наведено нижче.

1) По графічних залежностях рухливості носіїв заряду від концентрації домішки (додаток Б) при відомій концентрації домішки в базі діода N_б визначаємо рухливість основних (електронів) і неосновних (дірок) носіїв заряду в базі:

- рухливість електронів по залежності — ;

- рухливість дірок відповідно по залежності — .

2) Питомий опір бази діода:

3) Площа р-n-переходу:

.

4) Опір бази діода:

.

5) Тепловий потенціал:

.

6) Коефіцієнт дифузії дірок в базу діода залежить від рухливості дірок в базі і теплового потенціалу:

.

7) Тепловий струм переходу:

.

8) Робочу зворотню напругу діода можна визначити як 70% від напруги лавинного пробою цього діода, при цьому напруги тунельного пробою і проколу можна не розраховувати, оскільки вони істотно вищі.

Напругу лавинного пробою визначаємо по емпіричній формулі через питомий опір бази діода, знайдений раніше:

.

Тоді

.

9) Контактна різниця потенціалів:

.

10) Товщина збідненого прошарку:

11) Коефіцієнт лавинного множення носіїв заряду при максимальній зворотній напрузі на діоді (величина n для кремнію приймається рівною 5):

.

Знаючи діапазон зміни зворотньої напруги на діоді від 0 до , можна побудувати графік залежності коефіцієнта лавинного множення від зворотньої напруги за формулою

.

Результати розрахунку приведені в таблиці 2.2, а побудована по ним залежність - на рисунку 2.2.

Таблиця 2.2 Залежність

Uзв, В	0	71	142	212	283	354	424	495	566	637	708
М	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.01	1.03	1.06	1.11	1.202

12) Генераційний струм переходу:

.

13) Зворотній струм діода при максимальній зворотній напрузі на діоді:

.

14) Дифузійна довжина нерівноважних носіїв заряду (дірок) в базі:

15) Відносна товщина бази:

.

16) Співвідношення рухливостей електронів і дірок:

.

17) Струм

А.

18) Далі необхідно визначити максимальне значення прямого струму через діод і максимальне пряме падіння напруги на діоді . Ці величини знаходять з умови рівності електричної потужності, визначуваної їх добутком, і теплової потужності, яка передається від кристала до корпусу діода.

Теплова потужність, яка може бути відведена від кристала, дорівнює:

Таким чином, умова правильного розрахунку величин:

Графічне представлення умови розрахунку приведене на рисунку 2.3.

Знаходження величин і здійснюється математично з використанням ітераційного циклу. Найзручніше при такому способі використовувати програми математичних розрахунків, наприклад MAthCAD, Excel та ін.

Як відомо, рівняння прямої гілки вольт-амперної характеристики діода має вигляд:

.

Оскільки опір бази діода, який присутній у другій частині рівняння, залежить від струму, що протікає через діод, а цей струм у першій частині рівняння перебуває під знаком логарифма — рішення не може бути отримане в аналітичному вигляді. А оскільки ще є умова балансу потужностей, використовується чисельний метод розв’язання і формується цикл, структура якого наведена на рисунку 2.4. Розрахункові формули, які при цьому використовуються, приведені нижче.

Розрахунковий коефіцієнт:

Опір бази:

У даному прикладі розрахунку остання ітерація дає значення А.

При цьому

.

Опір бази:

Максимальне пряме падіння напруги на діоді:

Перевірка умови рівності потужностей:

.

Отже, робимо висновок, що величини знайдені вірно.

19) Щільність струму у p-n переході:

20) На наступному етапі розраховується пряма гілка вольт-амперної характеристики діода. Для цього в рівняння ВАХ діода

підставляються значення струму від 0 до , результати розрахунків приведені в таблиці 2.3, а побудована залежність - на рисунку 2.5.

Таблица 2.3 Пряма гілка ВАХ

Uпр, В	0	0.91	0.97	1.0	1.03	1.05	1.06	1.07	1.08	1.095	1.1
Iпр, А	0	6.8	13.7	20.5	27.3	34.1	41	47.8	54.6	61.4	68.25

21) Далі необхідно розрахувати зворотну гілку вольт-амперної характеристики діода. При цьому слід враховувати, що генераційний струм і коефіцієнт лавинного множення, що використовуються для розрахунку зворотнього струму, не є постійними величинами, а залежать від зворотної напруги:

;

;

.

Визначаємо розрахунковий коефіцієнт:

Залежність розрахована раніше, тому результати можна узяти з таблиці 2.2.

Підставляємо у вираз значення зворотної напруги від 0 до і розраховуємо генераційний струм, а потім, відповідно, зворотній струм діода. Результати розрахунків представлені в таблиці 2.4, а зворотня гілка ВАХ діода — на рисунку 2.6.

Таблиця 2.4 Залежність

Uзв, В	0	71	142	212	283	354	424	495	566	637	708
М	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.01	1.03	1.06	1.11	1.202
Iг, мкА	0.03	0.34	0.49	0.6	0.69	0.77	0.84	0.91	0.97	1.03	1.09
Iзв, мкА	0.04	0.41	0.59	0.72	0.83	0.92	1.01	1.09	1.17	1.24	1.3