Контрольные работы по МиЭЭТ.
Студента группы АНБ-22-1 Хотенова А.Ф.
Контрольная работа №1: “ Контрольная по МиЭЭТ-№1”.

Вариант №22.

1. 
   Вопрос: Что такое ток дрейфа и ток диффузии в p-n переходе?
   

Ответ:

Принцип работы полупроводниковых приборов основан на процессах, происходящих в контакте двух областей полупроводника, имеющих различный тип проводимости. Этот контакт между областями p и n типа называется электронно-дырочным переходом или сокращенно p-n-переходом.

В p-области основными носителями являются дырки и их концентрация значительно больше, чем в n-области. Поэтому дырки стремятся диффундировать из p-области в n-область. Аналогично в связи с повышенной концентрацией электронов в n-области они диффундируют в p-область. В пограничном районе толщиной в доли микрометра происходит рекомбинация электронов с дырками, в результате которой концентрация основных носителей в этом слое резко уменьшится. Уменьшение концентрации дырок в пограничном слое p-области приводит к образованию в нем отрицательного пространственного заряда, уменьшение концентрации электронов в пограничном слое n-области приводит к образованию в нем положительного пространственного заряда. Область образовавшихся пространственных зарядов и является областью p-n-перехода. В связи с тем, что в области перехода концентрация основных носителей значительно уменьшена, ее часто называют обедненным, или запорным, слоем.

Положительный и отрицательный пространственные заряды в зоне перехода создают электрическое поле, направленное от n-области к p-области и препятствующее дальнейшей диффузии основных носителей. Однако это же поле вызывает движение неосновных носителей: электронов из p-области в n-область и дырок из n-области в р-область. Ток через p-n-переход основных носителей называется током диффузии, а ток неосновных носителей — током дрейфа. Направление тока дрейфа противоположно направлению тока диффузии. В состоянии равновесия, когда внешнее электрическое поле отсутствует, а температура полупроводника не изменяется, токи дрейфа и диффузии равны и общий ток через переход равен нулю.

Пространственные заряды в зоне перехода образуют потенциальный барьер порядка 0,3...0,4 В в германиевых полупроводниках и 0,7...0,8 В в кремниевых. Если приложить к p-n-переходу внешнее напряжение минусом к p-области, а плюсом к n-области, обедненная область расширится, а высота потенциального барьера увеличится. Такое включение перехода называется обратным. Ток диффузии при внешнем обратном напряжении резко уменьшается, так как уменьшается количество основных носителей, способных благодаря своей энергии преодолеть увеличившийся потенциальный барьер.

При увеличении обратного напряжения сила обратного тока через переход приближается к постоянному значению, которое называется тепловым током. Это связано с тем, что сначала по мере увеличения обратного напряжения ток основных носителей (ток диффузии) постепенно уменьшается до нуля, а затем ток через переход определяется лишь током неосновных носителей (током дрейфа), который от напряжения не зависит. Если к р-области приложен положительный потенциал внешней ЭДС, а к n-области отрицательный, внешнее поле оказывается противоположно внутреннему. При этом обедненная зона сужается и потенциальный барьер уменьшается. Такое включение перехода называется прямым. С ростом прямого напряжения значительно возрастает количество основных носителей, способных преодолеть потенциальный барьер. В результате прямой ток резко увеличивается по экспоненте.


Рис. 1.
На рисунке показана вольт-амперная характеристика перехода, которая имеет резко выраженную нелинейность: при равных напряжениях разной полярности токи через переход отличаются в десятки и сотни тысяч раз. Это позволяет использовать p-n-переход для выпрямления переменного тока, а также проверять исправность перехода с помощью омметра путем измерения прямого и обратного сопротивлений. При достаточно большом обратном напряжении обратный ток перехода резко возрастает из-за возникновения пробоя. Различают три основных вида пробоя перехода: лавинный, туннельный и тепловой. При лавинном пробое носитель приобретает энергию, достаточную для ионизации кристаллической решетки. При туннельном пробое электроны из валентной зоны вырываются под воздействием высокой напряженности внешнего поля и переходят в зону проводимости. При тепловом пробое происходит разогрев полупроводника до такой температуры, при которой разрываются валентные связи за счет теплового возбуждения.
2.Вопрос: Влияние, дефектов структуры и примесей, на удельное сопротивления металлов?

Ответ:

Примеси вносят наиболее существенный вклад в величину остаточного сопротивления. Атомы любого примесного элемента повышают ρ, даже если сама примесь обладает большей электропроводностью.

Рассеяние электронов проводимости на атомах примеси тем сильнее, чем больше разница в валентности примесного элемента и металла - растворителя ∆Z: ρ

∆Z2. Так что металлоидные примеси на снижение проводимости оказывают более сильное влияние, чем металлические элементы.

---

Дефекты структуры - вакансии, атомы в междоузлии, дислокации, границы зерен и субзерен, прочие несовершенства кристаллического строения вносят определенный вклад в ρ. Например, увеличение точечных дефектов в меди на 1 ат.% увеличивает ρ в среднем на 0,01 мкОм·м. Чем выше плотность дефектов, тем больше удельное сопротивление.

На удельное сопротивление металлических материалов влияет термообработка. Так, при закалке стали образуется неравновесная структура с большими искажениями кристаллической решетки и внутренними напряжениями. Плотность дефектов по всему объему кристалла резко возрастает, что приводит к значительному росту удельного сопротивления. При отжиге металлов и сплавов создается термодинамически устойчивая равновесная структура, внутренние напряжения исчезают, плотность дефектов уменьшается до минимума (в 2 раза и более), поэтому ρ резко снижается.

Пластическая деформация вызывает увеличение плотности дефектов и снижение проводимости. Для чистых металлов это снижение составляет несколько процентов, для них пластическую деформацию можно использовать как способ упрочнения без существенных потерь в электропроводности. Для металлических сплавов снижение электропроводности в результате наклепа может составлять до 25%. Для восстановления электропроводности после пластической деформации проводят рекристаллизационный отжиг.

Электрическое сопротивление сплава всегда выше, чем сопротивление любого его компонента. Характер изменения электропроводности сплава зависит от фаз и структур в сплаве, что определяется диаграммой состояния.

В сплавах со структурой твердых растворов ρ может значительно превосходить тепловую составляющую ρ. Для большинства твердых растворов с неограниченной растворимостью (AuAg, Ag-Cu, Cu-Au и др.) изменение остаточного сопротивления в зависимости от состава сплава хорошо описывается параболической функцией в соответствии с законом Нордгейма :
ρ = c xA xB = c xA(1− xA ),
где хА, хВ - атомные доли компонентов в сплаве; с - постоянная, зависящая от природы сплава.

Рис. 2. Диаграмма состояния Cu-Au (а) и зависимости ρ и αρ от состава сплава (б).
Если ни один из компонентов не является переходным металлом, то ρ-max и αρ-min соответствует 50%-ному соотношению компонентов хА = хВ = 0,5 (рис. 2). Если один из компонентов относится к металлам переходных групп, как, например, в сплавах Cu-Ni, то характер изменения ρ и αρ имеет некоторые особенности (рис. 3):

---

•ρ-max существенно выше, чем в системе с непереходными металлами, что связано с переходом части валентных электронов на незаполненные уровни внутренней d-оболочки переходногометалла и уменьшением концентрации электронов проводимости;

•ρmax и αρmin не соответствуют 50%-ному соотношению компонентов;

•αρ достигает в некоторых сплавах нулевых и даже отрицательных значений.

Сплавы со структурой твердых растворов используют как проводниковые материалы высокого удельного сопротивления для изготовления резисторов и нагревательных элементов.

Рис. 5. Диаграмма состояния Cu-Ni (а) и зависимости ρ и αρ

от состава сплава (б).
В сплавах с гетерофазной структурой - при образовании эвтектик, эвтектоидов, включений вторичных фаз удельное сопротивление, согласно правилу Н.С.Курнакова, в первом приближении линейно изменяется с изменением состава сплава. Такие сплавы сохраняют высокую электрическую проводимость, близкую к проводимости чистых металлов, но по сравнению с чистыми металлами могут обладать более высокими механическими и технологическими свойствами. Так, сплавы с выделениями дисперсных фаз имеют повышенную твердость, а эвтектические сплавы - высокую жидкотекучесть и литейные свойства. У многих сплавов часто наблюдаются отклонения от линейной зависимости ρ из-за структурной неоднородности.

При образовании в сплаве промежуточных фаз или химических соединений удельное сопротивление резко изменяется. Химические соединения с металлическим типом связи (интерметаллидные электронные соединения, фазы внедрения) достаточно электропроводны. При упорядоченном расположении атомов проводимость резко возрастает, так как восстанавливается периодичность кристаллической решетки и увеличивается длина свободного пробега электронов. В химических соединениях с ионной и ковалентной связью удельное сопротивление возрастает из-за дефектности структуры.

Контрольная работа №2: “ Контрольная по МиЭЭТ-№2”.

Вариант №22.

1. 
   Вопрос: Кабели высокочастотной связи?
   

Ответ:

Высокочастотный кабель предназначен для эксплуатации:

• 
  Телевизионные сети.
  
• 
  Компьютерные сети.
  
• 
  Системы видеонаблюдения.
  
• 
  Радиоэлектроника, в том числе военное оборудование.
  
• 
  Внутренние системы связи на транспорте, в том числе в авиа- и судостроении.
  

---

Обеспечивает большую скорость передачи информации. Характеризуется зависимостью погонного затухания, количеством витых пар. Чаще всего используются кабели с волновым сопротивлением 50 и 75 Ом. В специальной и военной технике применяются коаксиальные кабели с сопротивлением 100, 150, 200 Ом и выше. Подразделяются на городские, сельские, зоновые и междугородние. Способны поддерживать постоянный ток до 500В, скорость передачи до 2048 кбит/с. Имеют повышенную гибкость и прочность, обеспечивающую работу даже в самых суровых условиях.

Высокочастотный кабель, или коаксиал – это два проводника, расположенные соосно и разделенные изоляцией.
Состоит такой кабель из:
1. Центрального проводника – многожильного провода или трубки из меди, алюминия или сплава этих металлов;

2. Изоляции – обеспечивающее соосность проводников диэлектрическое заполнение, полувоздушное или сплошное;

3. Основного Экрана – фольги из алюминия или другого металла;

4. Оплетки – Проволоки из алюминия, меди или другого металла;

5. Оболочки – полиэтиленовой, поливинилхлоридной или другой изоляции, устойчивой к ультрафиолетовому излучению.



Благодаря коаксиальности (от лат. co – совместно и axis – ось, то есть «соосности») потери электромагнитной энергии нивелируются, а сам кабель защищен от внешнего воздействия электромагнитных полей. На практике из-за отклонения геометрии от идеальности потерь энергии не избежать, но благодаря сосредоточенности компонентов электромагнитного поля между проводниками внутри изоляции, они сведены к минимуму.
Конструкции радиочастотных кабелей.
а) Коаксиальные кабели со сплошной ПЭ(полиэтиленовый) и Ф-4 (фторопластовой изоляцией).



б) Коаксиальные кабели с полувоздушной полиэтиленовой и фторопластовой изоляцией.



в) Р4 спиральные кабели.

г) Радиочастотные симметричные кабели.

Кабели могут изготовляться неэкранированными.

---

д) Комбинированные Р4 и камерные телевизионные кабели.

Отечественная маркировка включает буквы и три цифры, например РК75-4-22 или РК50-17-17. Буквы обозначают тип кабеля. Цифры расшифровываются так:

• 
  Первое число обозначает волновое сопротивление. Например, кабель РК 75 -4-22 имеет волновое сопротивление 75 Ом.
  
• 
  Второе число обозначает диаметр кабеля. РК75- 4 -22 имеет диаметр по наружной изоляции 4 мм.
  
• 
  Третье – обозначает группу изоляции и категорию теплостойкости, а также порядковый номер разработки. РК75-4- 1 7 относится к первой группе изоляции.
  

Международные производители используют маркировку Radio Guide (RG). Цифры в маркировке обозначают порядковый номер кабеля по международной шкале. Например, RG-59 – известный многим телевизионный кабель. RG-11 и RG-8 – толстые Ethernet-кабели, RG-58 – тонкий Ethernet-кабель.

2. 
   Вопрос: Каков спектр частот у шумов скольжения?
   

Ответ:

Шумы скольжения переменных резисторов – шумы (напряжение помех), возникающие в динамическом режиме при движении (скольжении) подвижного контакта по резистивному элементу. Характер и степень шумов определяется динамическим взаимодействием двух контактирующих поверхностей – резистивного элемента и подвижного контакта, их состоянием и микроструктурой. Последние, в свою очередь, зависят от силы прижатия и твердости контактирующих поверхностей; скорости перемещения контакта относительно резистивного элемента; стабильности линии контактирования; степени износа подвижного контакта и загрязненности рабочей поверхности резистивного элемента.

Причинами шума проволочных резисторов могут быть также короткое замыкание соседних витков подвижным контактом при его перемещении, ступенчатый характер изменения сопротивления, нагрев подвижного контакта и проволоки обмотки и возникновение термоЭДС, разнородность металлов контактной пары и т.д.
Рассмотрим подробнее основные виды шумов перемещения.

1. 
   Шум короткого замыкания обусловлен тем, что подвижный контакт, имея определенную ширину, при движении замыкает либо один, либо два витка. Он пропорционален проходящему току через о6мотку и переходному сопротивлению.
   
2. 
   Шум, определяемый ступенчатым характером изменения сопротивления, вызван скачками напряжения между отдельными нитками, когда подвижный контакт перескакивает c одного витка на другой. Помеха, создаваемая этим шумом, имеет вид пилообразного напряжения, наложенного на выходное напряжение. Его амплитуда прямо пропорциональна питающему напряжению и обратно пропорциональна числу витков обмотки. Частота основной гармоники шума пропорциональна скорости перемещения подвижного контакта и числу витков обмотки.
   
3. 
   Контактный шум и шум переходного сопротивления возникает при прохождении тока через переходное сопротивление. Он проявляется как результат изменения действующей площади подвижного контакта и модуляции плотности тока, воспринимаемого в виде шума. Шумы, вызванные изменением переходного сопротивления, проявляются в виде хаотических пиков напряжения. Основные причины этого вида шума: неправильный подбор материалов и конструкции пары контакт – резистивный элемент, загрязнение на резистивном элементе, окисные пленки и продукты износа, создающие дополнительное сопротивление между скользящим контактом и резистивным элементом.
   
4. 
   Активный (генераторный) шум обусловлен термоэлектрическим эффектом (эффект термопары), возникающим в точках соприкосновения разных металлов, трибоэлектрическим эффектом, возникающим при трении двух металлов, и гальваническим (химическим) процессом в местах контактных соединений. Этот шум представляет собой самогенерирующее напряжение при вращении вала резистора, тогда к нему не приложено электрическое напряжение.
   
5. 
   Механический шум появляется в динамическом режиме от чрезмерно большого (от нескольких Ом до бесконечности) переходного сопротивления. Иногда этот шум называют вибрационным. Причинами его могут быть большие механические нагрузки и большая скорость вращения подвижной системы, приводящая к вибрационным изменениям состояния контактов. При превышении критической скорости скольжения подвижная система теряет контакт с резистивным элементом, при этом может возникнуть скачок напряжения, достигающий напряжения, подаваемого на резистор.
   
6. 
   Шумы перемещения переменных проволочных резисторов принято выражать через эквивалентное шумовое сопротивление и измерять в омах, а уровень шумов перемещения непроволочных резисторов – через напряжение шумов и измерять в милливольтах. Уровень шумов перемещения значительно превышает уровень тепловых и токовых шумов. Даже для сравнительно хороших непроволочных резисторов напряжение шумов вращения может достигать десятков милливольт (15-50 мВ), а эквивалентное шумовое сопротивление проволочных резисторов 50-5000 Ом.
   

---

Смотрите также файлы

• Реферат по теме Художественная ценность и свойства стекла.docx

• Техническое обслуживание, ремонт и восстановление изношенных деталей тормозной системы с гидравлическим приводом..docx

• Контрольная работа по предмету Кристаллография.docx

• Программа дисциплины Цифровая экономика.doc

• Вестник Казнму, 12015.pdf