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
