Файл: Научная работа включает 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных литературных источников.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.12.2023

Просмотров: 89

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание:

Введение…………………………………………………………………………………..3

1. Физика полупроводников…………………………………….......................................4

1.1 Зонная структура полупроводников…………………………. …………...4

1.2 Терминология и основные понятия………………………….. …………..5

1.3 Статистика электронов и дырок в полупроводниках…………………..6

1.4 Кон-ция Эл-в и дырок в примесном полупроводнике……………….....11

1.5 Определение положения уровня Ферми…………………………………12

1.6 Проводимость полупроводников………………………..............................13

1.7 Токи в полупроводниках………………………………………………….14

1.8 Неравновесные носители………………………………………………….15

1.9 Уравнение непрерывности………………………………………………..17

2. Полупроводниковые диоды…………………………………………………………….18

2.1. Характеристики идеального диода на основе p-n перехода……………..18

3.Транзисторы……………………………………………………………………………..21

3.1. Принцип работы транзистора…………………………………………………22

3.2.Параметры транзистора как элемента цепи…………………………………23

3.3.Типы транзисторов………………………………………………………………25

3.4.Технологические разновидности биполярных транзисторов……………...26

4.Программа расчета параметров диода и транзистора……………………………..27

Заключение………………………………………………………………………………...32

Список использованной литературы…………………………………………………..33

Введение

1. Физика полупроводников

1.1. Зонная структура полупроводников

1.2. Терминология и основные понятия

1.3. Статистика электронов и дырок в полупроводниках

1.4. Концентрация электронов и дырок в собственном полупроводнике

1.4. Концентрация электронов и дырок в примесном полупроводнике

1.5. Определение положения уровня Ферми

1.7. Токи в полупроводниках

1.8. Неравновесные носители

1.9. Уравнение непрерывности

2. Полупроводниковые диоды

Введение

2.1. Характеристики идеального диода на основе p-n перехода

3.Транзисторы

3.1. Принцип работы транзистора

3.2.Параметры транзистора как элемента цепи

Параметры холостого хода (z-параметры) Вводя новые обозначения для частных производных, имеющих размерность сопротивлений, и заменяя дифференциалы токов и напряжений комплексными амплитудами малых переменных сигналов( U и I ), получаем: U1 = Z11 I1 + Z12 I2; (1) U2 = Z21 I1 + Z22 I2, (2) где Z11, Z12, Z21, Z22 - характеристические сопротивления транзистора. Характеристические сопротивления называют параметрами холостого хода, так как они определяются при условии холостого хода входа или выхода по переменному току т.е при равенстве нулю однго из токов в уравнениях (1) и (2). Входное сопротивление транзистора при холостом ходе на выходе: Z11 = U1/I1, при I2 = 0 Сопротивление обратной связи (обратной передачи) при холостом ходе на выходе: Z12 = U1/I2, при I1 = 0 Сопротивление прямой передачи (сопротивление усиления) при холостом ходе на выходе: Z21 = U2/I1, при I2 = 0 Выходное сопротивление транзистора при холостом ходе на входе: Z22 = U2/I2, при I1 = 0 Зависимость z-параметров от режима работы легко выражается аналитически. Недостатком является трудность измерения параметра Z11, т.е осуществления режима холостого хода по переменному току на Параметры короткого замыкания (y-параметры) Зависимость токов от напряжения можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов): I1 = Y11 U1 + Y12 U2; I2 = Y21 U1 + Y22 U2, где Y11, Y12, Y21, Y22 - характеристические проводимости четырёхполюсника, которые определяются при условии короткого замыкания входа или выхода транзистора по переменному току. Входная проводимость при коротком замыкании выхода: Y11 = I1/U1, при U2 = 0 Проводимость обратной связи (обратной передачи) при коротком замыкании входа: Y12 = I1/U2, при U1 = 0 Проводимость прямой передачи (усиления) при коротком замыкании выхода: Y21 = I2/U1, при U2 = 0 Выходная проводимость при коротком замыкании входа: Y22 = I2/U2, при U1 = 0 Смешанная система параметров (h-параметры) Выражения для токов и напряжений можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов): U1 = h11 I1 + h12 U2; I2 = h21 I1 + h22 U2, где h11, h12, h21, h22 - гибридные (смешанные) параметры четырёхполюсника. В отличие от y- и z-параметров h-параметры имеют различную размерность. Это объясняется тем, что в качестве независимых параметров взяты различные по размерностям величины - входной ток I1 и выходное напряжение U2. Входное сопротивление: h11 = U1/I1, при U2 = 0 Коэффициент обратной связи по напряжению: h12 = U1/U2, при I1 = 0 Коэффициент передачи по току (коэффициент усиления): h21 = I2/I1, при U2 = 0 Выходная проводимость: h22 = I2/U2, при I1 = 0 Достоинством системы h-параметров является лёгкость измерения её параметров. 3.3.Типы транзисторов: Биполярный n-р-n-транзистор n-р-n-транзистор, являющийся основным элементом биполярных ИМС (рис. 2), изготавливают по планарной эпитаксиальной технологии. Все остальные элементы ИМС выполняют в том же технологическом цикле. Эпитаксиальный слой п (коллектор транзистора) принято называть коллекторным слоем (хотя на его основе можно, например, изготовить и резистор): диффузионный слой р (база транзистора) - базовым слоем, диффузи онный слой n+ (эмиттер транзистора) - эмиттерным. Базовый слой - всегда диффузионный, поэтому в интегральных микросхемах используются только дрейфовые транзисторы. Пунктиром на рис. 2 показан путь тока между коллектором К и эмиттером Э (базовый ток на несколько порядков меньше, им пренебрегают). От К ток проходит к Э через большое сопротивление коллекторного слоя в горизонтальном направлении rkk и сопротивление в вертикальном направлении r*kk. Вертикальная составляющая сопротивления коллекторного слоя мала (r*kk << rkk), поэтому общее сопротивление в цепи коллектора определяется величиной rkk. Чтобы уменьшить rkk, в транзистор вводят дополнительный элемент - скрытый сильнолегированный n+ слой. Тогда основная часть тока от коллектора к эмиттеру проходит по низкоомному участку n+, сопротивление коллекторного слоя получается небольшим (уменьшается почти в 20 раз). Рабочий интегральный транзистор п-р-п связан в структуре с «паразитным» транзистором р-п-р (Э', Б' и К' на рис. 2). Последний неизбежно получается, так как структура четырехслойна, и есть еще слой р (подложка). Если паразитный транзистор заперт (на эмиттере Э' - минус, на базе Б' - плюс), то n-р-n-транзистор работает в активном режиме. Но если паразитный транзистор отперт (на эмиттере Э' - плюс, на базе Б' - минус), в его эмиттерной цепи течет ток I, в коллекторной-ток aрпр * I и часть тока ответвляется в подложку, минуя рабочий n-р-n-транзистор. В этом случае последний оказывается в режиме насыщения. Коллекторный ток Ik рабочего p-n-p-транзистора уменьшается на величину тока, уходящего в подложку. Таким образом «паразитный» транзистор, отсасывая часть тока, ухудшает свойства рабочего транзистора. Для того чтобы избежать ухудшения параметров транзистора в режиме переключения, необходимо резко уменьшить ток aрпр' через паразитный транзистор в подложку. К сожалению, ток I уменьшить нельзя, следовательно, нужно уменьшить коэффициент aрпр. Известно, что a

3.4Технологические разновидности биполярных транзисторов

Список использованной литературы:




Схемы исследования биполярного транзистора:
Результаты полученных измерений:



Семейство входных характеристик транзистора Uбэ=f(Iб) при Uкэ=const

Uкэ=0 В

Iб,мА

0,06

0,1

0,2

0,3

0,8







Uбэ,В

0,1

0,12

0,14

0,16

0,12




Uкэ=5 В

Iб,мА

0,1

0,2

0,4

0,6

0,8

1




Uбэ,В

0,15

0,18

0,22

0,25

0,27

0,28

Семейство выходных характеристик транзистора Iк=f(Uкэ) при Iб=const


Iб=0.2 мА

Uкэ, В

0,2

2

3

4

7

10




Iк, мА

1

1,6

1,7

1,8

1,9

1,95

Iб=0.4 мА

Uкэ, В

0,2

1

2

4

6

10




Iк, мА

2,3

4

4,2

4,4

4,6

4,9

Iб=0.56мА

Uкэ, В

0,2

1

2

3

4

6




Iк, мА

3,2

6,8

7

7,1

7,2

7,6



Семейство прямой передачи по току Iк=f(Iб) при Uкэ=const


Uкэ=2В

Iб,мА

0,2

0,4

0,6




Iк,мА

1,8

4,2

7,2

Uкэ=9В

Iб,мА

0,2

0,4

0,6




Iк,мА

2,2

5,2

9,2



h11э= (Uбэ’’’-Uбэ’’)/(Iб’’’-Iб’’) при Uкэ=Uкэ’’

h11э=0,125 Ом

h12э= (Uбэ’’’-Uбэ’)/(Uкэ’’-Uкэ) при Iб=Iб’’’

h12э=0,012

h22э=(Iк’’-Iк’)/(Uкэ’’-Uкэ’) при Iб=const

h22э=0,1 Cм

h21э=(Iк’’’-Iк’)/(Iб’’’-Iб’’) при Uкэ=const

h21э=17,5




Текст программы расчета параметров транзистора и диода.

program parametr; {программа расчета диодов, транзисторов}

uses CRT; {подключение модуля CRT}

var ch,ch1:char; {символьные переменные для определения нажатой клавиши}

i:integer;
procedure clear; {процедура очистки экрана с сохранением заголовка программы}

begin

gotoXY(1,2); {установка позиции курсора}

for i:=1 to 23 do {цикл зарисовки содержимого экрана цветом фона}

write(' ');

end;
procedure tell(xPos,yPos:byte; s:string; color:byte); {процедура, выводящая}

begin {надпись s в позиции экрана xPos,yPos цветом color}

textColor(color); {установка цвета color}

gotoXY(xPos,yPos); {установка позиции курсора}

writeln(s); {вывод надписи}

end;
procedure fiz_po_h; {расчет физ. парам. транз. по h-параметрам}

var n:byte;

y,h1,h2,h3,h4,r1,r2,r3,r4,a:real;

begin

clear; {вызов процедуры очистки экрана}

tell(5,4,'РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРА ПО h-ПАРАМЕТРАМ:',0);

tell(5,6,'Выберите вариант схемы включения:',0);

tell(15,7,'[1]...С общим эмиттером',1);

tell(15,8,'[2]...С общей базой',1);
tell(15,9,'[3]...С общим коллектором',1);

repeat

ch1:=readKey; {ожидание нажатия клавиши}

if ch1='1' then n:=1;

if ch1='2' then n:=2;
if ch1='3' then n:=3;

until (ch1='1')or(ch1='2')or(ch1='3');

writeln;

if n=1 then writeln(' Выбрана схема с ОЭ');

if n=2 then writeln(' Выбрана схема с ОБ');

if n=3 then writeln(' Выбрана схема с ОК');

writeln;

textColor(0);

{ввод данных для расчета}

write(' Введите сопротивление эмттера Rэ=');readln(r1);

write(' Введите сопротивление базы Rб=');readln(r2);


write(' Введите сопротивление коллектора Rк=');readln(r3);

write(' Введите коэффициент передачи тока эмиттера А=');readln(a);

clear; {очистка экрана}

if n=1 then {расчет для схемы с ОЭ}

begin

y:=r1+r3-a*r3;

h1:=r2+r1*r3/y;

h2:=r1/y;

h3:=(a*r3-r1)/y;

h4:=1/y;

end;

if n=2 then {расчет для схемы с ОБ}

begin

y:=r2+r3;

h1:=r1+((1-a)*r2*r3)/y;

h2:=r2/y;

h3:=-(r2+a*r3)/y;

h4:=1/y;

end;

if n=3 then {расчет для схемы с ОК}

begin

y:=r1+r3-a*r3;

h1:=r2+r1*r3/y;

h2:=r3*(1-a)/y;

h3:=-r3/y;

h4:=1/y;

end;

clear; {очистка экрана}

textColor(0);

{вывод результатов расчета}

tell(5,4,'Результаты расчета:',1);

writeln(' Входное сопротивление h11=',h1);

writeln(' Коэффициент обратной связи по напряжению h12=',h2);

writeln(' Коэффициент передачи по току h21=',h3);

writeln(' Выходная проводимость h22=',h4);

ch1:=readKey; {ожидание нажатия клавиши}

end;

procedure h_po_fiz; {расчет физ. парам. транз. по h-параметрам}

var n:byte;

h1,h2,h3,h4,r1,r2,r3,r4,a:real;

begin

clear; {очистка экрана}

tell(5,4,'РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРА ПО h-ПАРАМЕТРАМ:',0);

tell(5,6,'Выберите вариант схемы включения:',0);

tell(15,7,'[1]...С общей базой',1);

tell(15,8,'[2]...С общим эмиттером',1);

repeat

ch1:=readKey; {ожидание нажатия клавиши}

if ch1='1' then n:=1;

if ch1='2' then n:=2;

until (ch1='1')or(ch1='2');

writeln;

if n=1 then writeln(' Выбрана схема с ОБ');

if n=2 then writeln(' Выбрана схема с ОЭ');

writeln;

textColor(0);

write(' Введите входное сопротивление h11=');readln(h1);

write(' Введите коэффициент обратной связи по напряжению h12=');readln(h2);

write(' Введите коэффициент передачи по току h21=');readln(h3);

write(' Введите коэффициент входную проводимость h22=');readln(h4);

if n=1 then {расчет для схемы с ОБ}

begin

r1:=h1-(1+h3)*h2/h4;

r2:=h2/h4;

r3:=(1-h2)/h4;

r4:=-(h2+h3)/h4;

a:=-(h2+h3)/(1-h2)

end;

if n=2 then {расчет для схемы с ОЭ}

begin

r1:=h2/h4;

r2:=h1-(1+h3)*h2/h4;

r3:=(1+h3)/h4;

r4:=(h2+h3)/h4;

a:=(h2+h3)/(1+h3)

end;

clear; {очистка экрана}

textColor(0);

{вывод результатов расчета}

tell(5,4,'Результаты расчета:',1);

writeln(' Сопротивление эмиттера Rэ=',r1:3:3);

writeln(' Сопротивление базы Rб=',r2:3:3);

writeln(' Сопротивление коллектора Rк=',r3:3:3);
writeln(' Сопротивление Rм=',r4:3:3);

writeln(' Коэффициент передачи тока эмиттера А=',a:3:3);

ch1:=readKey; {ожидание нажатия клавиши}
end;
procedure tranzMenu; {процедура меню расчета транзистора}

begin

clear; {очистка экрана}
tell(5,5,'ВАРИАНТЫ РАСЧЕТА ТРАНЗИСТОРА:',0);

tell(10,6,'[1] ... Расчет физических параметров по h-параметрам',1);

tell(10,7,'[2] ... Расчет h-параметров по физическим параметрам',1);

tell(5,10,'Другие клавиши - возврат в главное меню',8);
ch1:=readKey; {ожидание нажатой клавиши}

if ch1='1' then h_po_fiz; {если нажата 1, то вызов процедуры h_po_fiz }


if ch1='2' then fiz_po_h; {если нажата 2, то вызов процедуры fiz_po_h}

{если нажата другая клавиша, то возврат в главное меню}

end;

procedure diodParam; {процедура расчета характеристик диода}

var It,It0,Io,Io0,t,I,U,r:real;

begin

clear; {очистка экрана}

tell(5,5,'Расчет характеристик диода',0);

writeln;

textColor(1);

{ввод данных для расчета}

write(' Введите тепловой ток диода при t=20 град.С Iт(to)=');read(It0);

write(' Введите обратный ток диода при t=20 град.С Iобр(to)=');read(Io0);

write(' Введите рабочую температуру, град.С. t=');read(t);

write(' Введите ток проходящий через диод, А I=');read(I);

write(' Введите сопротивление базы, Ом rб=');read(r);
clear; {очистка экрана}

{расчет и вывод результатов}
tell(5,5,'Результаты расчета:',0);

textColor(1);

It:=It0*exp(0.09*(t-20));

writeln(' Тепловой ток при температуре t=',t:3:2,' град.С.');

writeln(' Для германиевых диодов It=',It);

It:=It0*exp(0.13*(t-20));

writeln(' Для кремниевых диодов It=',It);

writeln;

writeln(' Обратный ток при температуре t=',t:3:2,' град.С.');

Io:=Io0*exp((t-20)/9);

writeln(' Для германиевых диодов Iобр=',Io);

Io:=Io0*exp((t-20)/6.5);

writeln(' Для кремниевых диодов Iобр=',Io);

readKey; {ожидание нажатия клавиши}

end;
procedure menu; {процедура главного меню программы}

begin

repeat {цикл опроса меню}

textBackGround(7); {серый цвет фона}

clrscr; {очистка экрана}

textColor(0); {черный цвет символов}

textBackGround(3); {голубой цвет фона}

writeln(' ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ ');

textBackGround(7); {серый цвет фона}

tell(10,5,'Произвести рассчет:',0);

tell(20,6,'[1] ............ Диода',1);

tell(20,7,'[2] ...... Транзистора',1);

tell(10,10,'Для выбора нажмите соответствующую клавишу',8);

tell(10,12,'[пробел] ... Выход из программы',1);

ch:=readKey; {ожидание нажатия клавиши}
if ch='1' then diodParam; {если нажата 1, то вызов процедуры diodParam}

if ch='2' then tranzMenu; {если нажата 2, то вызов процедуры tranzMenu}

until ch=' '; {если нажат пробел, то выход из цикла меню}

end;
BEGIN {начало программы}

menu; {вызов процедуры главного меню программы}

textBackGround(0); {черный цвет фона}

textColor(15); {белый цвет символов}

clrScr; {очистка экрана}

END. {конец программы}

Заключение

В данной работе я показал в большей степени не использование полупроводников в технике, а азы физики и теории диодов и транзисторов без которых мы не можем представить современный мир. Приведенная в данной работе программа охватывает лишь малую часть всех характеристик диода и транзистора, поэтому по ней нельзя в полной мере судить о применение того или иного диода или транзистора в различных схемах. Но может помочь в расчетах других параметров. Теория может быть полезна для понимания принципа действия данных полупроводниковых
приборов и расширения их применения, как в выпрямительных, так и в усилительных каскадах.

Список использованной литературы:

  1. http://dssp.petrsu.ru/book/ - Твердотельная электроника

  2. Г.Г. Шишкина “Электронные приборы” Москва 1989г

  3. Савельев И.В. “Курс общей физики “(т 3) М. Наука 1987г