Требования к оформлению задач.

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

 

Кафедра телевидения и управления (ТУ)

 

В.Ф. Коновалов

 

 

ЭЛЕКТРОНИКА

 

Учебное пособие по проведению практических

Занятий

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Настоящее учебное пособие написано в соответствии с рабочей программой курса «Электроника», читаемого студентам, обучающимся по специальностям 201400 (Аудиовизуальная техника) и 201500 (Бытовая радиоэлектронная аппаратура) для направления подготовки 654200 «Радиотехника».

Программой предусмотрено проведение практических занятий по следующим темам:

№ п/п	Практические занятия	Часы
	Расчет концентрации носителей в собственном полупроводнике от температуры.
	Расчет потенциала Ферми в примесном полупроводнике при различных концентрациях примеси.
	Расчет величины контактной разности потенциалов (диффузионного потенциала) при изменении концентрации примеси в одной из областей перехода.
	Расчет ширины перехода от концентрации основных носителей.
	Расчет ширины перехода в зависимости от модуля и полярности приложенного напряжения.
	Расчет тепловых токов и токов термогенерации в переходах из полупроводниковых материалов с различной шириной запрещенной зоны от температуры
	Расчет вольт – амперных характеристик идеализированных переходов при различной температуре.
	Расчет барьерной и диффузионной емкостей перехода.
Итого

 

Целью проведения практических занятий является закрепление теоретического материала и знакомство с основными свойствами, характеристиками и параметрами полупроводников и приборов на их основе.

На практических занятиях студенты решают ряд задач. На подготовку к практическим занятиям и работу над выводами к задачам, решённым во время аудиторных практических занятий отводится 18 часов самостоятельной работы.

 

Задачи по курсу «Электроника»

Задача 1. Рассчитать величину собственной концентрации носителей заряда в полупроводнике в интервале температур. Построить график и дать физическое объяснение полученным результатам. Для расчета использовать данные таблицы 1 по заданному варианту.

Табл. 1.

№ варианта	Материал п/п	ºС	ºС	№ варианта	Материал п/п	ºС	ºС
	Si	- 90			Ge	- 90
	Si	- 80			Ge	- 80
	Si	- 70			Ge	- 70
	Si	- 60			Ge	- 60
	Si	- 50			Ge	- 50
	Si	- 90			Ge	- 90
	Si	- 80			Ge	- 80
	Si	- 70			Ge	- 70
	Si	- 90			Ge	- 60
	Si	- 80			Ge	- 50
	Si	- 70			Ge	- 90
	Si	- 60			Ge	- 80
	Si	- 50			Ge	- 70
	Si	- 60			Ge	- 60
	Si	- 50			Ge	- 50
	Si	- 70			Ge	- 70
	Si	- 60			Ge	- 60

 

Задача 2. Рассчитать уровень Ферми в примесном полупроводнике при комнатной температуре при различных концентрациях примеси. По результатам расчета построить график и дать физическое объяснение. Для расчета использовать данные таблицы 2 по заданному варианту.

Табл. 2.

№ вари-анта	Мате- риал п/п	Тип прово-димос-ти	Концентрация	№ варианта	Мате-риал п/п	Тип прово-димос-ти	Концент-рация
	Si	n	0,01	0,35		Ge	n	0,01	0,35
	Si	p	0,01	0,5		Ge	p	0,01	0,5
	Si	n	0,02	0,45		Ge	n	0,02	0,45
	Si	p	0,02	0,4		Ge	p	0,02	0,4
	Si	n	0,03	0,5		Ge	n	0,03	0,55
	Si	p	0,03	0,55		Ge	p	0,03	0,5
	Si	n	0,04	0,6		Ge	n	0,04	0,65
	Si	p	0,04	0,65		Ge	p	0,04	0,6
	Si	n	0,05	0,7		Ge	n	0,05	0,7
	Si	p	0,05	0,75		Ge	p	0,05	0,75
	Si	n	0,01	0,5		Ge	n	0,01	0,5
	Si	p	0,02	0,45		Ge	p	0,02	0,45
	Si	n	0,02	0,4		Ge	n	0,02	0,4
	Si	p	0,03	0,5		Ge	p	0,03	0,5
	Si	n	0,03	0,55		Ge	n	0,03	0,55
	Si	p	0,04	0,6		Ge	p	0,04	0,6
	Si	n	0,04	0,65		Ge	n	0,04	0,65

При расчете считать .

 

Задача 3. Рассчитать величину контактной разности потенциалов (диффузионного потенциала) и ширину несимметричного перехода при изменении концентрации примеси в одной из областей p-n-перехода. Построить графики и дать физическое объяснение. Расчет сделать для комнатной температуры. Для расчета использовать данные таблицы 3 по заданному варианту.

Табл. 3.

№ вари-анта	Мате- риал п/п	Концентрация	№ вари-анта	Мате- риал п/п	Концентрация
	Si	0,1	0,001	0,01		Ge	0,1	0,001	0,01
	Si	0,2	0,001	0,015		Ge	0,2	0,001	0,015
	Si	0,3	0,002	0,02		Ge	0,3	0,002	0,02
	Si	0,4	0,002	0,025		Ge	0,4	0,002	0,025
	Si	0,5	0,003	0,03		Ge	0,1	0,003	0,01
	Si	0,6	0,003	0,01		Ge	0,2	0,004	0,015
	Si	0,7	0,004	0,015		Ge	0,3	0,004	0,025
	Si	0,3	0,004	0,025		Ge	0,4	0,001	0,01
	Si	0,4	0,005	0,035		Ge	0,1	0,001	0,015
	Si	0,5	0,005	0,04		Ge	0,2	0,002	0,025
	Si	0,4	0,002	0,01		Ge	0,4	0,002	0,01
	Si	0,5	0,003	0,015		Ge	0,5	0,003	0,015
	Si	0,6	0,003	0,02		Ge	0,6	0,003	0,02
	Si	0,7	0,004	0,025		Ge	0,7	0,004	0,025
	Si	0,3	0,005	0,03		Ge	0,3	0,004	0,03
	Si	0,4	0,006	0,01		Ge	0,4	0,005	0,01
	Si	0,5	0,006	0,015		Ge	0,5	0,005	0,015

 

Задача 4. Рассчитать ширину несимметричного кремниевого перехода при изменении напряжения на переходе от до . Построить график и дать физическое объяснение. Расчет сделать для комнатной температуры. Для расчета использовать данные таблицы 4 по заданному варианту.

 

Табл. 4.

№ вари-анта					№ вари-анта
	0,001	0,1	- 15	0,3		0,018	0,45	- 3	0,3
	0,002	0,15	- 5	0,4		0,019	0,5	- 5	0,4
	0,003	0,2	- 7	0,5		0,020	0,55	- 7	0,5
	0,004	0,25	- 9	0,6		- 9	0,6	- 9	0,6
	0,005	0,3	- 10	0,3		- 10	0,3	- 10	0,3
	0,006	0,35	- 13	0,4		- 13	0,4	- 13	0,4
	0,007	0,4	- 15	0,5		- 15	0,5	- 15	0,5
	0,008	0,45	- 17	0,6		- 17	0,6	- 17	0,6
	0,009	0,5	- 19	0,5		- 19	0,5	- 19	0,5
	0,010	0,55	- 20	0,6		- 20	0,6	- 20	0,6
	0,011	0,1	- 9	0,6		0,011	0,6	- 9	0,4
	0,012	0,15	- 10	0,3		0,012	0,3	- 10	0,5
	0,013	0,2	- 13	0,4		0,013	0,4	- 13	0,6
	0,014	0,25	- 15	0,5		0,014	0,5	- 15	0,5
	0,015	0,3	- 17	0,6		0,015	0,6	- 17	0,6
	0,016	0,35	- 19	0,5		0,016	0,5	- 19	0,6
	0,017	0,4	- 20	0,6		0,017	0,6	- 20	0,3

 

Задача 5. Рассчитать статические вольт-амперные характеристики для идеализированных кремниевого и германиевого диодов для трех значений температуры . Максимальное значение прямого тока диода задавать равным 20 – 30 мА. Построить вольт-амперные характеристики и дать физическое объяснение.

Для одного из диодов при комнатной температуре рассчитать сопротивление по постоянному току и дифференциальное сопротивление . Построить график и дать физическое объяснение.

Табл. 5.

№ вари-анта	Тепловой ток ,µка	ºС	ºС	№ вари анта	Тепловой ток ,µка	ºС	ºС
Si	Ge	Si	Ge
	0,0002		- 40			0,01		- 60
	0,0004		- 50			0,0002		- 70
	0,0008		- 60			0,0004		- 40
	0,0016		- 70			0,0008		- 50
	0,002		- 40			0,0016		- 60
	0,003		- 50			0,002		- 70
	0,004		- 60			0,0002		- 40
	0,005		- 70			0,0004		- 50
	0,006		- 40			0,0008		- 60
	0,007		- 50			0,0016		- 70
	0,0002		- 70			0,01		- 70
	0,0004		- 40			0,0002		- 40
	0,0008		- 50			0,0004		- 50
	0,0016		- 60			0,0008		- 60
	0,002		- 70			0,0016		- 70
	0,003		- 40			0,002		- 40
	0,004		- 50			0,0002		- 50

 

 

Методические указания

 

К решению задач целесообразно приступать после того, как изучена теоретическая часть выполняемой задачи. При изучении теоретического материала основное внимание необходимо уделять физическим процессам в полупроводниках и приборах на их основе. Необходимо помнить, что формулы позволяют сделать количественную оценку того или иного процесса, но не изучить физику происходящих процессов.

К решению задач необходимо подходить творчески, т.е. постараться минимизировать вычисления, для этого в ряде задач следует прежде сделать преобразование основной формулы к удобному для вычислений виду. Чаще новая форма записи оказывается более громоздкой, но сокращает время на вычисления (иногда и значительно).

 

Требования к оформлению задач.

Каждая задача оформляется отдельным документом и указывается фамилия студента, номер группы и вариант решаемой задачи.

Оформленная задача должна включать следующие пункты:

1. Условие задачи.

2. Исходные данные для решения задачи.

3. Расчетная формула или ее вывод с пояснением величин, входящих в формулу с указанием источника. Все математические выводы необходимо сопровождать пояснениями и ссылками на теоретический материал. В окончательную расчетную формулу обязательно подставляются численные значения параметров для расчетной точки и приводится результат расчета с указанием размерности полученной величины. Обычно для получения какой либо зависимости необходимо диапазон варьируемой величины (температура, концентрация примеси и т. д.) разбить на 8 – 10 точек.

4.Результаты расчетов сводим в таблицу.

5. По данным таблицы строим график рассчитываемой величины.

6. Выводы по результатам расчета. Выводы к задаче считаются одним из важнейших пунктов решенной задачи.

При написании выводов необходимо ссылаться на физические принципы процессов, а не на формулы или графики.

В случае если задача не зачтена и возвращена студенту, после устранения ошибок на повторную проверку необходимо представлять работу полностью, а не исправления и уточнения.

Основные постоянные полупроводниковых материалов, которые потребуются при решении задач, приведены в таблице 1, а основные константы в таблице 2.

Таблица 1