Расчёт параметров и характеристик полупроводникового диода и транзистора МДП – типа

 

 

 


                                           

                                           а)                                                   б)                   

Рисунок 2.3 Условные графические обозначения МОП – транзисторов со встроенным каналом n-типа (а) и p-типа (б)

 

3  РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

 

 

3.1 Исходные данные


Расчёты параметров и характеристик диода выполняем в предположении, что диод является кремниевым и имеет кусочно-однородную структуру типа  p+-n.

Исходные данные для расчетов: геометрия кристалла — параллелепипед с квадратным основанием А=1 см, толщина пластины h = 300 мкм, толщина базы wб=280 мкм, концентрация Nб=1014 см-3 примесных атомов в исходном кристалле; концентрация примесных атомов в эмиттерной области Nэ=1018 см-3; время жизни неравновесных носителей в исходном кремнии tб= 10 мкс; тепловое сопротивление корпуса диода RТ= 1,5 К/Вт.


3.2 Модель выпрямительного диода

Наиболее распространенная в теории электрических цепей модель полупроводникового диода, достаточно полно учитывающая особенности его нелинейной вольт-амперной характеристики, — модернизированная модель Эберса-Молла (рисунок 3.1). Данная модель включает барьерную и диффузионную ёмкости диода (Сбд , Сдд ), ток  p-n-перехода (Ip-n), сопротивление базы диода (Rб) и сопротивление утечки (Rу).






Рисунок 3.1   Модель Эберса - Молла полупроводникового диода

Тепловой потенциал φт , В:

j Т = КТ/q=1,38·10-23·300/1,6·10-19=0,026                                (3.1)

где  K  — постоянная Больцмана;

T — абсолютная температура в кельвинах;

q — заряд электрона.

Коэффициент диффузии дырок в базе Dpб ,см2/с:


Dpб=∙φт=470∙0,026= 12,22                                                    (3.2)



где =470 (см2/В*с) — подвижность дырок, которая определена по рисунку 3.2.

 



Рисунок 3.2  Зависимость подвижности электронов и дырок от концентрации примеси кремния  при 300К

Тепловой ток диода Iдо, А :


       (3.3)

где    — концентрация собственных носителей в полупроводнике;

— площадь  p-n  перехода.


Контактная разность потенциалов φк, В:


                       (3.4)

Барьерная емкость диода Сб0, Ф:


                                                                                                          (3.5)


Сопротивление базы диода Rб, Ом:


                (3.6)


где  — удельное сопротивление базы диода, определяем по рисунку 3.3 .



Рисунок 3.3   Зависимость удельного сопротивления германия и кремния от концентрации примеси при 300К

3.3 Расчет параметров и характеристик диода

Напряжение прокола Uпрок , В:

                (3.7)

Напряжение лавинного пробоя Uл, В:

                                (3.8)

Рабочее обратное напряжение Uобр, В:

                       (3.9)

где    0,7 - коэффициент запаса.

Толщина обедненного слоя l, см:

   

Генерационный ток перехода Iг, А

                   (3.10)

Коэффициент лавинного умножения М:

                                     (3.11)

где n – эмпирическая константа, для n-Si   n=5.

Обратный ток диода , А:

                      (3.12)

Диффузионная длина неравновесных носителей , cм:

                                (3.13)

Находим  и :

                                                                      (3.14)

                                                (3.15)


По графикам (рисунок 3.2) определяем подвижности электронов и дырок: μn=1320 см2/(В*с); μp=470 см2/(В*с).

Максимальный прямой ток диода и максимальное прямое падение напряжения находят из условия равенства мощности, выделяющейся при протекании тока через диод, и тепловой мощности, отдаваемой в окружающую среду:

Электрическая мощность, выделяющаяся при протекании тока:

Тепловая мощность, отдаваемая в окружающую среду, определяется перепадом температур между  p-n переходом и внешней поверхностью корпуса и тепловым сопротивлением корпуса диода.

Равенство величин   и   дает уравнение

                                                                     (3.16)

Определяем , Вт:

                                        (3.17)

По ВАХ диода с помощью компьютера находим произведение , т.е. тепловую мощность. Данной точке прямой ВАХ диода удовлетворяют I =75,4 А ;  U =0,99 В.

Падение напряжения диода для тока I :

                                                  (3.18)

          Находим ,  A:

              (3.19)

Определяем коэффициент :

                                        (3.20)

Зависимость  описывается соотношением, Ом:

        (3.21)

Максимальная плотность тока p-n перехода , мА/см2:

                                                               (3.22)

Прямая ветвь ВАХ диода определяется с помощью соотношения:

 ,    где ,                    (3.23)

Результаты расчетов токов и напряжений оформлены в виде таблицы 3.1.


Таблица 3.1  Прямая  ВАХ диода

Iд, мА

U p-n, В

U Rб, В

Uд, В

0

0,00

0,00

0,00

10

0,65

0,04

0,69

20

0,67

0,08

0,75

30

0,68

0,11

0,79

40

0,69

0,15

0,84

50

0,69

0,19

0,88

60

0,70

0,23

0,93

70

0,70

0,27

0,97

75,4

0,70

0,29

0,99





















Рисунок 3.4  График зависимости Uд= f(Iд) для прямого напряжения на диоде


Обратную ветвь ВАХ рассчитаем с помощью соотношения:

,                                                                         (3.24)

где

 ,                                                                                          (3.25)

                   (3.26)

                                     (3.27)

Таблица 3.2   Обратная ветвь ВАХ диода

U, В

I, A

0

0,00E+00

2

3,39E-08

4

5,59E-08

6

7,36E-08

8

8,87E-08

10

1,02E-07

12

1,15E-07

14

1,26E-07

16

1,36E-07

18

1,46E-07

20

1,56E-07

 

 

 

 

 

 

 









Рисунок  3.5   График обратной ветви ВАХ диода Iобр=f(Uобр)

Зависимость   описывается формулой:


                             (3.28)



Результаты расчётов генерационных токов диода представлены в таблице 3.3. На основании полученных данных построена зависимость  Iг=f(Uобр) (рисунок 3.6).

Страницы: 1, 2, 3



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать