Методические указания по выполнению домашней контрольной работы




НазваниеМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы
страница1/5
Дата конвертации14.04.2013
Размер0.49 Mb.
ТипМетодические указания
  1   2   3   4   5

СОДЕРЖАНИЕ



1. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ………………..…………………………………………………………………...4

2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН…………….…………………………...……………..5

3. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ…………………………………..6


4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ……………………………………..9

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ……………………………………………………………...10

6. ЗАДАЧИ………………………………………………………………………….23

7. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЗАЧЕТУ…………………………………………..28


8. ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………...30


1. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ


Контрольное задание

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

Студенты заочной формы обучения выбирают номер варианта согласно двум последним цифрам номера зачетной книжки или студенческого билета.


Оформление работы

В работе отразить:

– Номер варианта.

– Исходные данные варианта.

При расчетах указывается расчетная формула, затем подставляются числовые значения, записывается окончательный результат. Обязательно проставляется размерность величин.

– Расчетную схему включения диода.

– Графики изменения напряжения на входе U1 и на выходе U2 один под другим в одном масштабе в задаче 5.

– Привести перечень использованной литературы и справочники.

– На титульном листе ставится подпись автора и дата.

– Оформление работы допускается в тетради школьного формата.

Для расчета ВАХ задачи 3 и емкости СБ = f(Uобр) в задаче 6 рекомендуется составить программу для программируемого калькулятора.


2. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН


Наименование разделов и тем

Расчет часов




Всего

Лекции

Прак.

раб.

Лаб.

раб

Сам.
раб.

Литера-

тура

Введение

1

1










1-4

Тема 1. Основы теории твердого тела

9

6







3

2-5

Тема 2. Физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках, в проводниковых материалах

28

11







17

2-8

Тема 3. Физические эффекты в магнитных материалах

9

4







5

2-8

Тема 4. Физические основы процессов в полупроводниковых материалах

42

20

2




20

3-8

Тема 5. Полупроводниковые диоды

13

6

2




5

4-8

Всего часов

102

48

4




50





3. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


Введение

Роль электроники в современной науке и технике. Основные понятия и термины. Краткая история и перспективы развития электроники и микроэлектроники. Место дисциплины "Физические основы электроники" в учебном плане.


Тема 1. Основы теории твердого тела

Строение твердых тел. Типы химических связей и пространственного распределения электронов. Кристаллическая решетка. Аморфные и поликристаллические структуры. Зонные диаграммы проводников, полупроводников и диэлектриков. Механические, теплофизические, оптические и электронные свойства материалов. Диффузионная способность веществ. Линейный электрооптический эффект Поккельса, твист-эффект в жидких кристаллах


Тема 2. Физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках, в проводниковых материалах

Поляризация диэлектриков. Электропроводность диэлектриков, диэлектрические потери. Электрическая прочность диэлектриков, виды пробоя в диэлектриках: электрический, тепловой, поверхностный, ионизационный. Электрическая прочность диэлектрических пленок, эффект "самозалечивания" в структурах МДМ. Эффект спонтанной поляризации. Сегнетоэлектрические и пароэлектрические состояния диэлектриков. Пьезоэффект, пироэффект.

Электропроводность газообразных диэлектриков. Ионизация газа, электрический разряд в газе. Закон Пашека. Понятие плазмы. Электролюминесценция, низковольтная катодолюминесценция. Электрооптические эффекты в сегнетоэлектриках. Использование физических эффектов в индикаторной технике.

Классификация проводников. Особенности электропроводности металлов. Тепловое и дрейфовое движение электронов в металле. Поликристаллические и

аморфные металлы и сплавы. Особенности металлов в тонкопленочном состоянии. Электродиффузия. Термоэлектронная эмиссия. Вторичная электронная эмиссия. Эффект сверхпроводимости. Сверхпроводящие проводники при низких температурах. Статический эффект Джозефсона. Применение сверхпроводимости. Сверхпроводящие кабели. Контактная разность потенциалов, термо-ЭДС.


Тема 3. Физические эффекты в магнитных материалах

Магнитная структура доменов в кристаллах. Процесс намагничивания. Магнитный гистерезис, магнитная анизотропия. Магнитострикция. Аномалия эффекта Холла в магнитоупорядоченных веществах. Зависимость параметров магнитных материалов от температуры. Температура Кюри. Свойства магнитных материалов в СВЧ полях. Эффект Фарадея и его применение.


Тема 4. Физические основы процессов в полупроводниковых материалах

Носители зарядов в полупроводниках. Зонная модель полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации подвижных носителей зарядов. Статистика электронов и дырок. Вырожденный и невырожденный полупроводники. Уровень Ферми собственного и примесного полупроводников. Зависимость энергии Ферми от температуры и концентрации примесей. Концентрация свободных носителей, ее зависимость от температуры и степени легирования. неравновесные носители: время жизни и его зависимость от концентрации примесей и температуры. Дрейфовое движение носителей, дрейфовый ток. подвижность, ее зависимость от температуры и напряженности электрического поля. Проводимость полупроводников, ее зависимость от материала, температуры и концентрации примесей. Диффузионное движение носителей, диффузионный ток, диффузионная длина. Применение однородных полупроводников (приборы, использующие физические эффекты, характеристики, области применения).

Понятие об электронно-дырочном переходе, типы переходов. Электронно-дырочный переход в равновесном состоянии: распределение зарядов и поля, ширина p-n перехода, контактная разность потенциалов, энергетическая диаграмма, условия равновесия, токи в p-n переходе. Прямосмещенный p-n- переход. Понятие об эмиттере и базе. Инжекция. Обратносмещенный p-n- переход. Экстракция. Рапределение носителей. Зависимость ширины p-n- перехода от напряжения. Физические эффекты, вызывающие отклонение отидеализированной модели перехода.

Физические процессы в контактах полупроводников с различной

шириной запрещенной зоны (гетеропереходы). Особенности квантово-размерных структур: фотоэлектрические явления в полупроводниках и переходах, фотопроводимость, фотогальванический эффект, термоэлектрические явления (эффект Пельтье и Зеебека), гальваномагнитный эффект Холла. Эффект поля в структурах МДП.

Модель p-n перехода. Вольтамперная характеристика (ВАХ) p-n перехода и ее зависимость от температуры. Дифференциальное сопротивление и сопротивление постоянному току.

Особенности прямой ветви ВАХ реального перехода. Влияние материала полупроводника и объемного сопротивления базы на ход ВАХ.

Обратный ток p-n перехода, его составляющие и их зависимость от материала полупроводника, концентрации примесей и температуры.

Пробой p-n перехода, его виды, механизмы, ВАХ. Барьерная и диффузионная емкости p-n перехода. Эквивалентная схема p-n перехода.

Роль физических основ электроники в развитии радиоэлектронных приборов микроэлектроники.


Тема 5. Полупроводниковые диоды

Полупроводниковый диод. Классификация диодов по их конструктивно-технологическим особенностям.

Выпрямительные диоды. Низкочастотные (силовые) и маломощные высокочастотные выпрямительные диоды. Применение диодов в источниках питания. Параметры диодов, характеризующие их вольт-амперную характеристику и физические свойства. Параметры диодов, характеризующие предельно допустимые эксплуатационные режимы выпрямительных диодов. Выпрямительные столбы. Выпрямительные блоки и сборки. Условные графические обозначения диодов: общее обозначение, размеры.

Универсальные и импульсные диоды. Параметры универсальных и импульсных диодов.

Стабилитроны и стабисторы. Вольт-амперная характеристика стабилитрона. Параметры стабилитрона. Температурный коэффициент напряжения. Температурно-компенсированные прецизионные стабилитроны. Условные графические обозначения стабилитронов.

Варикап и его применение. Параметры варикапа. Условное графическое обозначение варикапа.

Туннельные диоды. Вольт-амперная характеристика туннельного диода. Параметры диода. Область применения туннельных диодов.

Обращенные диоды. Вольт-амперная характеристика обращённого диода.

Условные графические обозначения туннельных и обращённых диодов.


4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ






Перечень практических работ

Кол-во

часов

1

Тема 4.

Расчет свойств p-n перехода для различных концентраций примесей и материалов


2

2

Тема 5.

Расчет характеристик и параметров полупроводниковых диодов


2

Итого

4


5. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ «ДИОДЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ»


5.1. Физические процессы в p-n-переходе

Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход (р-n-переход), представляющий собой переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводность, другая – дырочную.

Разность потенциалов φк в переходе, обусловленную градиентом концентрации носителей заряда, называют контактной разностью потенциалов

φк =, 1)

где k – постоянная Больцмана; е – заряд электрона; Т – температура; Na и Nд – концентрации акцепторов и доноров в дырочной и электронной областях соответственно; рр и рn – концентрации дырок в р- и n-областях соответственно;
ni – концентрация собственных носителей. Обычно контактная разность потенциалов имеет порядок десятых долей вольт.

Полупроводниковый прибор с р-n-переходом, имеющий два омических вывода, называют полупроводниковым диодом (далее диод). Одна из областей
р-n-структуры (р+), называемая эмиттером, имеет концентрацию основных носителей заряда на несколько порядков больше, чем другая область, называемая базой.

Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) диода изображена на рис. 1. Здесь же пунктиром показана теоретическая ВАХ электронно-дырочного перехода, определяемая соотношением

I = I0U/(m φт) – 1), 2)

где I0 – обратный ток насыщения (ток экстракции, обусловленный неосновными носителями заряда); U – напряжение на р-n-переходе; φт = kT/e – температурный потенциал; m - поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых
p-n-переходов и m = 2 для кремниевых p-n-переходов при малом токе.

Кремниевые диоды имеют существенно меньшее значение обратного тока по сравнению с германиевыми вследствие более низкой концентрации неосновных носителей заряда. Обратная ветвь ВАХ у кремниевых диодов при данном масштабе практически сливается с осью абсцисс.

мА Iпр


I0

Ge

мкА Iобр Рис.1

Прямая ветвь ВАХ у кремниевых диодов расположена значительно правее, чем у германиевых.

Влияние температуры. На вольт-амперную характеристику диода существенное влияние оказывает температура окружающей среды. При увеличении температуры обратный ток насыщения увеличивается примерно в 2 раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10 °С. Для германиевых диодов

I0(T) = I01 2(T – T1)/10 ,

где ток I01, измерен при температуре Т1.

Если через кремниевый диод протекает прямой постоянный ток, то при увеличении температуры падение напряжения на диоде уменьшается с темпом
2,5 мВ/oС

dU/dT = – 2,5 мВ/°С 3)

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет максимально допустимую температуру диода, которая составляет 80 – 100°С для германиевых диодов и 150 – 200 °С для кремниевых. Минимально допустимая температура диодов лежит в пределах – (60 – 70)°С.

Дифференциальным сопротивлением диода называют отношение приращения напряжения на диоде к вызванному им приращению тока:

rдиф = dU/dI. 4)

Из выражения 3) следует, что

rдиф = φт/I. 5)


Пробой диода. При обратном напряжении диода свыше определенного критического значения наблюдается резкий рост обратного тока рис. 2. Это явление называют пробоем диода. Пробой диода возникает либо в результате воздействия сильного электрического поля в p-n-переходе

Рис. 2 (рис. 2, кривая а) (электрический пробой может быть туннельным или лавинным), либо в результате разогрева перехода при протекании тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода (рис. 2, кривая б) (тепловой пробой). Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Тепловой пробой является необратимым. Нормальная работа диода в качестве элемента с односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного значения. Возможность теплового пробоя диода учитывается указанием в паспорте на прибор допустимого обратного напряжения и температурного диапазона работы. Напряжение пробоя зависит от типа диода и температуры окружающей среды.

Значение допустимого обратного напряжения устанавливается с учетом исключения возможности электрического пробоя и составляет (0,5 – 0,8) Uпроб.


Емкости диода. Принято говорить об общей емкости диода Сд, измеренной между выводами диода при заданных напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости С6, диффузионной емкости Сдиф и емкости корпуса прибора Ск.

Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным объемным зарядом, сосредоточенным по обе стороны от границы р-n-перехода.

Барьерная емкость равна отношению приращения заряда на р-n-переходе к вызвавшему его приращению напряжения:

Сб = dQ/dU = S , 6)

где ε – диэлектрическая проницаемость полупроводникового материала;
S – площадь р-n-перехода.

Из формулы 6) следует, что барьерная емкость зависит от площади перехода S, напряжения U, приложенного к переходу, а также от концентрации примесей. Модельным аналогом барьерной емкости может служить емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются р- и n-области, а диэлектриком служит р-n-переход, практически не имеющий подвижных зарядов. Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад; изменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины.

Диффузионная емкость. Изменение величины объемного заряда неравновесных электронов и дырок, вызванное изменением прямого напряжения, можно рассматривать как следствие наличия так называемой диффузионной емкости, которая включена параллельно барьерной емкости. Диффузионная емкость

Сдиф ≈ Iпрτе/kT, 7)

где τ – время жизни носителей заряда; Iпр – прямой ток.

Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад. Поэтому при прямом напряжении емкость p-n-перехода определяется преимущественно диффузионной емкостью, а при обратном напряжении – барьерной емкостью.

Схема замещения полупроводникового диода изображена на рис. 3. Здесь
СД – общая емкость диода, зависящая от режима;

СД Rп - сопротивление перехода,

rб значение которого определяют

с помощью статической ВАХ

Cвх Свых диода (Rп = U/I);

Rп rб – распределенное электриче-

ское сопротивление базы

Рис. 3 диода, его электродов и выводов.

Иногда схему замещения дополняют емкостями Свх и Свых и индуктивностью выводов.

  1   2   3   4   5

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине «Основы менеджмента»
Перечень вопросов и заданий домашней контрольной работы для учащихся заочного отделения специальности «Зоотехния»

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы
Требования к оформлению домашней контрольной работы

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине «электротехника и электроника»
Электротехника и электроника: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы. / М. Р. Хаматдинова Челябинск:...

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы по дисциплине «Основы экономики»
Общие указания

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы №1 по дисциплине «математические методы в экономике»
Математические методы в экономике: Методические рекомендации по выполнению домашней контрольной работы / И. Ю. Коробейникова Челябинск:...

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению домашней контрольной работы для студентов заочной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования и среднего
Химия: методические рекомендации по изучению дисциплины и выполнению домашней контрольной работы / И. П. Корякова. – Екатеринбург:...

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания и варианты домашней контрольной работы по дисциплине «хозяйственное право»
Хозяйственное право: методические указания и варианты домашней контрольной работы для учащихся заочного отделения / Л. Е. Можаева;...

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению контрольной работы. Варианты контрольной работы. Для студентов IV курса
Методические указания по выполнению контрольной работы обсуждены на заседании кафедры Экономики и социологии труда

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению контрольной работы Для самостоятельной работы студентов 5 курса
Методические указания по выполнению контрольной работы и темы к ней обсуждены на заседании кафедры «Экономика труда и управление...

Методические указания по выполнению домашней контрольной работы iconМетодические указания по выполнению домашней контрольной работы для студентов заочной формы обучения на базе среднего (полного) общего образования по специальности 230105.
Методические указания предназначены для выполнения домашней контрольной работы по дисциплине «Архитектура вычислительных систем»...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница