Материал: 4490
16
Образец оформления экспериментального исследования
Экспериментальные исследования проводятся в группах по 3-5 человек в соответствии с распределенным в начале семестра вариантом индивидуальной траектории, в котором указываются темы исследований.
ЗАВИСИМОСТЬ ВАХ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ В СХЕМЕ ПРЯМОГО ТОКА
Цель работы: опираясь на современные представления о структуре p- n-перехода, оценить с помощью формализованного моделирования на основе экспериментально полученной ВАХ для германиевого диода Д310 величину «теплового тока носителей зарядов».
1)В основе исследований лежит гипотеза обеднения области p-n- перехода и модель Эмберса-Мола для определения ВАХ p-n-перехода.
2)Итоговым результатом станет ВАХ p-n-перехода для различных значений температуры и полученные с ее помощью параметры диода.
3)В процессе исследований путем формализованного моделирования будет оценена величина «теплового тока носителей зарядов».
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ
Полупроводниковый «плоскостной» диод представляет собой тонкую
(менее 0,1 мм) монокристаллическую пластинку германия Ge или кремния Si, содержащую два слоя, один из которых имеет дырочную (р-типа), а второй – электронную (n – типа) проводимость.
Вольтамперная характеристика р-п-перехода (ВАХ) – зависимость силы тока I от приложенного напряжения U.
Важнейшими характеристиками диода являются его прямое и обратное сопротивления.
Статические сопротивления:
|
|
17 |
|
|
R |
U' |
и R' |
U 21 |
. |
I' |
|
|||
|
|
I 1 |
||
|
|
2 |
|
|
Динамические сопротивления:
RД U и R' U ' .
I Д I '
Динамические сопротивления проявляются при подключении к диоду источников переменного напряжения и используются для расчета цепей переменного тока.
Зависимость диффузионного дырочного тока на границе (x=0) р-n- перехода с n-слоем от напряжения U на слое по модели Эмберса-Мола определяется выражением:
|
|
qeU |
|
|
|
|
|
|
kТ |
||
I I |
e |
1 |
|
|
op |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
где Iop qe Dp SPn / L – «тепловой ток» дырок, зависящий от температуры T
вследствие термогенерации дырок в n-слое и от ширины запрещенной зоныEЗ полупроводника, k – постоянная Больцмана, qe – заряд электрона. Пря-
мой ток нормируется по допустимой мощности, выделяющейся при нагревании полупроводника, для диодов средней мощности Imax 0,5 А . Так как ши-
рина p n перехода при прямом смещении мала, его сопротивление незначительно.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Схема экспериментальной установки
Для исследования и построения ВАХ полупроводникового диода схема экспериментальной установки имеет два варианта. В схеме кроме исследуемого диода имеется входное сопротивление а также вольтметры и амперметры.
Работа будет проводиться на блочной установке МУК ФОЭ-1. В нее входят: АВ1 – блок цифрового амперметра-вольтметра предназначен для из-
18
мерения в данной работе постоянной силы тока и напряжения, блок ГН3 – предназначен для генерации постоянных напряжений с регулируемыми уровнями, стенд с объектами исследования типа С3-ТТ2. Стенд позволяет регулировать температуру, измерять характеристики диода для различных значений температуры.
Таблица тестирования Д310
Прямая схема
U(B) |
T |
I1(mkA) |
I2(mkA) |
I3(mkA) |
|
300 |
1,45 |
1,46 |
1,47 |
0,1 |
310 |
2,22 |
2,25 |
2,3 |
|
320 |
4,2 |
4,37 |
4,4 |
|
300 |
6,2 |
6,1 |
6,1 |
0,2 |
310 |
13,8 |
13,7 |
13,5 |
|
320 |
6,2 |
6,1 |
6,1 |
|
300 |
1,38 |
1,37 |
1,35 |
0,3 |
310 |
75,7 |
77 |
76,9 |
|
320 |
21,5 |
22,2 |
22,3 |
Вывод:
1)ВАХ полупроводникового диода определяет особенности структуры слоя p-n-перехода.
2)Хорошее согласование результатов тестирования Д310 и теоретических оценок по модели Эмберса-Молла наблюдается при значении
I0=12,3±1,4 мкА.
3)При увеличении температуры на 10 градусов максимально допустимое напряжение для диодов средней мощности при прямом включении уменьшается сначала приблизительно на 3%, затем на 6%.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ РЕФЕРАТОВ
Поскольку лекции читаются не в полном объеме дисциплины, то студентам на самостоятельное изучение выносится ряд разделов. Преподаватель сообщает студентам содержание данных разделов и организует контроль знаний по заявленным темам. По результатам изучения приведенных тем студент составляет конспект или оформляет реферат. Темы заданий, вынесенных на самостоятельную работу, приводятся в таблице.
№ п/п |
Тема |
|
Номер источника |
|
|
|
|
1. |
Пеленгующие устройства. |
1 |
осн.л., доп. л. 4-5 |
2. |
Полупроводниковые лазеры и их харак- |
1 |
осн. л., доп. л. 4-5 |
|
теристики. |
||
|
|
|
|
3. |
Новейшие технологии получения p-n пе- |
1 |
осн. л., доп. л. 2, 4-5 |
|
реходов с лазерным легированием. |
||
|
|
|
19
4.Диоды Ганна. Лавино-пролетные диоды.
|
СВЧ генерация в аналоговой электрони- |
1 |
осн. л., доп. л. 2, 4-5 |
|
ке. |
|
|
5. |
Приборы аналоговой электроники на |
1 |
осн. л., доп. л. 2, 4-5 |
|
двумерном электронном газе |
||
|
|
|
|
6. |
Приборы аналоговой электроники с резо- |
1 |
осн. л., доп. л. 4-5 |
|
нансным туннелированием. |
||
|
|
|
|
7. |
Интерференционные приборы, приборы с |
|
|
|
одномерной и ноль-мерной проводимо- |
1 |
осн. л., доп. л. 4-5 |
|
стью. |
|
|
Подготовка рефератов направлена на развитие и закрепление у студентов навыков самостоятельного глубокого, творческого и всестороннего анализа научной, методической и другой литературы по актуальным проблемам дисциплины; на выработку навыков и умений грамотно и убедительно излагать материал, четко формулировать теоретические обобщения, выводы и практические рекомендации.
Рефераты должны отвечать высоким квалификационным требованиям в отношении научности содержания и оформления.
Темы рефератов, как правило, посвящены рассмотрению одной проблемы. Объем реферата может быть от 5 до 15 страниц машинописного текста (список литературы и приложения в объем не входят).
Текстовая часть работы состоит из введения, основной части и заключения.
Во введении студент кратко обосновывает актуальность избранной темы реферата, раскрывает конкретные цели и задачи, которые он собирается решить в ходе своего небольшого исследования.
Восновной части подробно раскрывается содержание вопроса (вопросов) темы.
Взаключении кратко должны быть сформулированы полученные результаты исследования и даны выводы. Кроме того, заключение может включать предложения автора, в том числе и по дальнейшему изучению заинтересовавшей его проблемы.
Всписок литературы студент включает только те документы, которые он использовал при написании реферата.
Вприложении (приложениях) к реферату могут выноситься таблицы, графики, схемы и другие вспомогательные материалы, на которые имеются ссылки в тексте реферата.
20
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ
КЭКЗАМЕНУ
Впериод подготовки к экзамену студенты вновь обращаются к пройденному учебному материалу. При этом они не только закрепляют полученные знания, но и получают новые.
Литература для подготовки к экзамену рекомендуется преподавателем либо указана в учебно-методическом комплексе. Для полноты учебной информации и ее сравнения лучше использовать не менее двух учебников. Студент вправе сам придерживаться любой из представленных в учебниках точек зрения по спорной проблеме (в том числе отличной от преподавательской), но при условии достаточной научной аргументации.
Основным источником подготовки к экзамену является конспект лекций, где учебный материал дается в систематизированном виде, основные положения его детализируются, подкрепляются современными фактами и информацией, которые в силу новизны не вошли в опубликованные печатные источники. В ходе подготовки к экзамену студентам необходимо обращать внимание не только на уровень запоминания, но и на степень понимания излагаемых проблем.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Изучение дисциплины следует начинать с проработки данных методических указаний по самостоятельной работе, особое внимание уделяя целям и задачам, структуре и содержанию курса.
Студентам рекомендуется получить в библиотеке ВГЛТУ учебную литературу по дисциплине, необходимую для эффективной работы на всех видах аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы по изучению дисциплины.
Успешное освоение курса предполагает активное, творческое участие студента путем планомерной, повседневной работы.
Библиографический список
Основная литература
1.Щука, А. А. Электроника / А.А. Щука. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 751 с.- ЭБС «Знаниум».