Оформление работы

Контрольное задание

Барьерная емкость диода

2.13.1. Барьерная емкость диода с резким переходом равна 25 пФ при обратном напряжении 5 В. Определить уменьшение емкости при увеличении обратного напряжения до 7 В.

Решение.

Пренебрегая контактной разностью потенциалов, используя формулу (8), можно записать

	(12)

1/2

C _б1 =k_с/ U _ОБР

где k_с – постоянный размерный коэффициент;

U _ОБР – обратное напряжение.

1/2

Отсюда k_с = C _б1· U _ОБР.

При обратном напряжении 7 В барьерная емкость

1/2

1/2

1/2

С _б2 = k_с/ U _(7В) = C _б1 U _(5В) / U _(7В) = 25· / = 21 пФ.

Следовательно, емкость уменьшится на величину

∆ С = С _б1 – С ₆₂ = 25 – 21 = 4 пФ.

2.13.2. Найти барьерную емкость р-n-перехода, если удельное сопротивление р-области ρ_р = 3,5 Ом∙см, контактная разность потенциалов φ_к = 0,35 В, приложенное обратное напряжение U _ОБР = 5 В и площадь поперечного сечения перехода S = 1 мм².

Ответ: 44,7 пФ.

Контрольное задание состоит из шести задач, каждая из них имеет несколько вариантов.

Студенты дневного и вечернего отделений решают задачи с номером варианта, определяемым порядковым номером записи фамилии в журнале группы. Студенты заочной формы обучения выбирают номер варианта согласно двум последним цифрам номера зачетной книжки или студенческого билета.

Задача 1.

Вычислить напряжение на p-n-переходе при прямом включении при заданной температуре и заданном прямом токе. Выяснить влияние температуры на величину прямого напряжения, при увеличении температуру на указанное число градусов. Необходимые данные взять из таблицы 1.

Обозначение:

– m – поправочный коэффициент при вычислении температурного потенциала φ_T = kT/ e для германия m = 1;

– S – площадь p-n-перехода;

– Шот, In, GaAs – диоды Шоттки, структуры на основе индия и арсенида галлия. Остальные обозначения ясны из пояснений к работе.

Для решения задачи рекомендуется предварительно определить ток насыщения I ₀ и затем вычислить напряжение.

Задача 2.

Определить сопротивление диода постоянному току R _Д, дифференциальное сопротивление r_диф, при прямом включении. Ток I _ПР и температура заданы в таблице 1. R _ОБР вычислить для напряжения Е таблицы 1 и тока I ₀, полученного в задаче 1.

Задача 3.

Определить ток идеализированного диода, текущий в цепи, представленной на рисунке 6.а. Вычислить напряжение, соответствующее этому току, определить дифференциальное сопротивление r_диф = ∆ 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.

Таблица 1. Исходные данные для расчета.

№ вари– анта	S 10^–4 см^2	ni 10^12 см^–3	Dn см^2/с	∆ 10^–3 см	Nд 10^13 см^–3	Na 10^19 см^–3	Ма- териал	m	T ^oK	Iпр mA	R кОм	E B
1,11, 21		3,6		1,5			Ge		290+50
2,12, 22	1,2	3,4		0,5			Шот	1,6	280+60		1,5
3,13, 23	1,2	3,1		0,6			In	1,7	290+60
4,14, 24	1.1	2.8		0.8			Si		280+80		0.8
5,15, 25		3.8		0.7			GaAs	2,3	290+70		0.8
6,16, 26	0,9	4,0		1,2			Ge		300+50		1,2
7,17, 27	0,8	3,3		1,1			Шот	1,6	300+60		1,0
8,18, 28	0,7	3,2		1,0			In	1,7	300+70		1,3
9,19, 29	0,8	2,9		0,9			Si		300+80		0,9
10,20,30	1,2	2,4		0,8			GaAs	2,3	300+90		0,9

Для решения задачи построить вольт-амперную характеристику диода рисунок 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 она укладывалась в 0,2 В.

Напряжение задавать через 0,02 В пока ток не достигнет 1 мA, после этого напряжение задавать через 0,01 мA, 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 I _ПР = f (U _ПР), как показано на рисунке 6. б) и провести нагрузочную прямую. Определить ток и напряжение.

Полученный ток отметить на ВАХ диода рисунок 6. в).

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 дифференциальное сопротивление r_диф.

Задача 4.

Определить параметры стабилизатора напряжения на основе диода – стабилитрона.

Справочные данные стабилитронов приведены в таблице 3.

Расчетная схема стабилизатора приведена на рисунке 13.

Для вариантов 1 ÷ 6, 19 ÷ 24 определить допустимые пределы изменения питающего напряжения Е для указанных параметров схемы.

Для вариантов 7 ÷ 12, 25 ÷ 30 определить допустимые пределы изменения ограничительного сопротивления при изменении питающего напряжения Е для указанных параметров схемы.

Для вариантов 13 ÷ 18, 31 ÷ 36 определить допустимые пределы изменения сопротивления нагрузки при заданном напряжении Е для указанных параметров схемы.

Таблица 2. Данные для выполнения задачи 4.

№ Вар.	Стабилитрон	R Н кОм	R ОГР кОм		№ Вар.	Стабилитрон	R Н кОм	R ОГРкОм	Е min B	Е max B
1, 19	КС165		0,5	7, 25	КС165	1,8	0,5
2, 20	КС168	1,3	0,8	8, 26	КС168	2,0	0,8
3, 21	2С170Ж	1,6	1,1	9, 27	2С170Ж	2,2	1,1
4, 22	Д810	2,0	1,2	10, 28	Д810	2,3	1,2
5, 23	Д811	2,2	1,5	11, 29	Д811	2,5	1,5
6, 24	Д813	2,4	1,6	12, 30	Д813	2,6	1,6

№ Вар.	Стабилитрон	E B	R ОГР кОм
13, 31	КС165		0,6
14, 32	КС168		0,8
15, 33	2С170Ж		1,1
16, 34	Д809		1,2
17, 35	Д811		1,3
18, 36	Д813		1,5

После проведения расчетов определить:

1. Коэффициент стабилизации для среднего значения рассчитываемого параметра задачи

К _СТ = (U _Н/ Е)∙(R _ОГР /r_д)

2. Изменение выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры на 60^оС учитывая ТКН стабилитрона, указанный в таблице 3.

3. Проверить, не превышает ли мощность рассеяния на стабилитроне допустимую при максимальном токе стабилизации Р _ДОП = U _СТ ∙ I _{СТ max}.

Таблица 3. Справочные данные стабилитронов

Тип стабилитрона	U СТ В	I min мA	I max мA	P ДОП мВт	ТКН 10^–2 %/^оС	rд Ом
КС147А	4,7
КС156Б	5,6
КС168Б	6,8
КС170А
2С170Ж	7,5
Д810
Д811					9,5
Д813					9,5
Д814Г					9,5

Задача 5.

Изобразить форму напряжения на выходе цепи. Вычислить значение максимального напряжения на резисторе R и диоде и максимальный ток в резисторе и диоде.

На входе действует напряжение U ₁ синусоидальной формы U ₁ = U _m sinωt. В таблице 4 указано действующее значение напряжения.

Вычертить в масштабе напряжение на выходе U ₂ и входе цепи U ₁ с учетом уровня фиксации и ограничения диодов.

Расчетные схемы рисунок 14, рисунок 15, рисунок 16 представлены рядом с таблицами вариантов и параметрами схемы.

Таблица 4. Данные для расчета.

№ Вар	U 1 В	R Ом	Тип диода
	2,0		Ge
	2,2		Шоттки
	2,3		In
	2,4		Si
	2,5		AsGa

Для контроля правильности решения задачи проверить: U ₁ = U _Д + U ₂ для любого момента времени, где U _Д – падение напряжения на диоде.

Таблица 4. Данные для расчета.

№ Вар	U 1 В	R Ом	Тип диода
6, 19	3.5		KC147
7, 20	4.4		КС156
8, 21	5.2		КС168
9, 22	6,8		Д808
10, 23	2,5		Д809
11, 24	8,2		Д810
12, 25	9.1		Д813

I _Д = I _R

I _Д = I _R

Для сигналов, представленных на рисунках 17 и 18 указано максимальное значение напряжения U ₁.

Таблица 4. Данные для расчета.

№ Вар.	U 1 В	R Ом	Тип диода
13, 26	4.4		КС156
14, 27	5.2		КС168
15, 28	6,0		Д808
16, 29	6,6		Д809
17, 30	7,2		Д810
18, 31	8,8		Д813

U ₁

Задача 6.

Определить изменение барьерной емкости С _Б при изменении обратного напряжения U _ОБР.

Для вариантов 1 ÷ 15.

Построить характеристику зависимости С _Б = f (U _обр) в указанном диапазоне изменения напряжения.

Вычислить С _Б и построить характеристику зависимости С _Б = f (U _обр) при изменении напряжения.

Для вариантов 16 ÷ 31.

Таблица 5. Данные для выполнения задачи 6.

№ Вар.	С НАЧ пФ	U НАЧ В	U КОН В		№ Вар.	С НАЧ пФ	U НАЧ В	U КОН В		№ Вар.	kс 10^–10	S мм^2
										16, 24
										17, 25	0,9	1,2
										18, 26	1,1	1,2
										19, 27		1.1
										20, 28	0,8
										21, 29	0,9	0,9
										22, 30	1,1	0,8
										23, 31		0,7

Данные для расчета взять из таблицы 1 для соответствующих вариантов. Температуру для всех вариантов принять одинаковой и равной Т = 300 К.

Постоянный коэффициент k_c имеет размерность [пФ∙В^1/2], поэтому при введении в расчетную формулу напряжения в вольтах емкость С _Б получается в пикофарадах. (Степень ½ означает, что соответствующая величина находится под корнем квадратным).

	U 1

С _Б = k_c/(U + φ_к)^1/2.

В работе отразить:

– Номер варианта, указываемый на титульном листе работы.

– Исходные данные варианта для каждой задачи.

При расчетах указывается расчетная формула, затем подставляются числовые значения, записывается окончательный результат.

Обязательно проставляется размерность величин.

– Расчетная схема включения диода.

– В задаче 5 графики изменения напряжения на входе U ₁ и на выходе U ₂ один под другим в одном масштабе.

– Привести перечень использованной литературы и справочники.

– На титульном листе ставится подпись автора и дата.

– Работу желательно оформлять компьютерным способом на листах А4, допускается оформление в тетради школьного формата.

– Элементы схем следует чертить согласно требованиям ЕСКД. Условное графическое обозначение элементов приведено в приложении 1.

Дата добавления: 2017-01-14