Материал: Исследование вольтамперных характеристик диодов и транзисторов

Исследование вольтамперных характеристик диодов и транзисторов

Министерство просвещения ПМР

ГОУ "Тираспольский Техникум Информатики и Права"

Отделение Информационных технологий и экономических дисциплин

Дипломная работа

Исследование вольтамперных характеристик диодов и транзисторов

Исполнитель:

Карпов Павел Владимирович,

гр. 414

Специальность: ТОСВТ и КС

Руководитель:

Петрова Юлия Владимировна

г. Тирасполь

Пояснительная записка к дипломной работе

полупроводниковый вольтамперный транзистор шум

Тема: "Исследование вольтамперных характеристик диодов и транзисторов"

Специальность: 230106 (2204) "Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей"

Задание по экономике: "Понятие качества продукции. Показатели качества продукции"

Задание по охране труда: "Мероприятия по охране труда и пожарной безопасности"

Исполнитель Карпов П.В.

Руководитель Петрова Ю.В.

Консультант по экономической части Барбунова Т.И.

Консультант по охране труда Дымкович М.Я.

Проект допущен к защите 2011 г.

Зам. директора по учебной части Cыли Н.В.

Задание на дипломную работу

Студент: Карпов Павел Владимирович группа: 414

Тема работы: Исследование вольтамперных характеристик диодов и транзисторов

Перечень вопросов дипломной работы

а) Обзор литературных данных по теме диплома .

б) Провести исследования по данной тематике:

- разработка схемы

-        спроектировать стенд, устройство, узел.

         написать программу

         анализ рабочих характеристик

в) Привести инженерные расчеты данного разрабатываемого устройства.

д) Задание по экономической части: Понятие качества продукции. Показатели качества продукции.

г) Задание по охране труда: Мероприятия по охране труда и пожарной безопасности.

Реферат

В данной дипломной работе исследуется вольтамперные характеристики диодов и транзисторов. Существуют огромное множество диодов и транзисторов, для примера в работе были выбраны: светодиод, стабилитрон, выпрямительный диод, из транзисторов: биполярный и МОП транзисторы различной мощности.

Схемы разрабатываемого стенда исследуются с помощью программных средств Protel, OrCAD и SPICE. Рассмотрены принципы работы диодов и транзисторов, выведены их семейство вольтамперных характеристик, а также проделана работа по изготовлению действующего макета стенда для изучения ВАХ диода.

В экономической части представлены виды предприятий (их типологии). В Приднестровье доминируют унитарные и некоммерческие предприятия, а также общества ограниченной ответственности, закрытые акционерные общества. А также был проведен анализ типологий и видов предприятий, производится анализ субъектов собственности. Рассмотрены особенности и предприятия ЗАО "ТираЭТ", которое наладило деятельность в Приднестровской Молдавской Республике.

В разделе охраны труда были изучены материалы по технике безопасности работы с электронной техникой, общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны, мероприятия по защите от шума и вибрации, требования к освещению помещений и рабочих мест ПЭВМ, методы подавления статической электризации, обеспечение электробезопасности, требования безопасности при работе с компьютерной техникой, требованиям к организации и оборудованию рабочего места, а также противопожарная безопасность.

Оглавление

Введение

Глава 1. Техническая часть. Разработка стенда для исследований ВАХ полупроводниковых приборов

.1 Полупроводниковые приборы и их ВАХ

.2 Выпрямительные диоды

.3 Стабилитроны

.4 Светодиоды

.5 Транзисторы. Описание транзисторов

.6 Исследование вольтамперных характеристик биполярного транзистора

.7 Исследование характеристик МДП транзистора

Глава 2. Экономическая часть. Типология предприятий

.1 Типология и виды предприятий

.2 Материальная база предприятия

.3 Некоммерческие и унитарные организации

.4 Типология ЗАО "ТирАЭТ"

Глава 3. Охрана труда. Безопасность работы с электронной техникой

.1 Анализ условий труда

.2 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

.3 Мероприятия по защите от шума и вибрации

.4 Требования к освещению помещений и рабочих мест ПЭВМ

.5 Методы подавления статической электризации

.6 Обеспечение электробезопасности

.7 Требования безопасности при работе с компьютерной техникой

.8 Техника безопасности при ремонте и обслуживании компьютера

.9 Противопожарная безопасность

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью данной дипломной работы является разработка лабораторного практикума исследовательского характера и изучение методики ее выполнения для практикума по электронике и физике полупроводниковых приборов с исследованием вольтамперных характеристик. Причем исследования ВАХ не только ставших широко известными полупроводниковых приборов - диодов и транзисторов, но и абсолютно новых приборов и устройств, применяемых в современном мире.

Для достижения данных целей необходимо решить следующие задачи: обзор литературных данных по теме диплома; провести исследования по данной тематике; разработка схемы; спроектировать стенд; анализировать рабочие ВАХ полупроводниковых приборов; привести инженерные расчеты данного разрабатываемого устройства.

Полезно отметить некоторые свойства вольтамперных характеристик составных элементов на сегодняшний день. Без ВАХ, на данный момент, невозможно будет определить, параметры и полные возможности любого выпускаемого элемента начиная от интегральной схемы и заканчивая таким мелким элементом как транзистор, а известно, что современный компьютер состоит из десятков миллионов таких приборов.

Параллельное соединение - при параллельном соединении двух двухполюсников, при каждом значении напряжения складываются токи, текущие через них, а при последовательном - для каждого значения тока складываются напряжения на элементах.

Организационно - правовые формы предпринимательской деятельности отличаются крайним разнообразием: к этой категории относятся как гигантские корпорации, подобные General Motors, так и местные специализированные магазины или семейные продуктовые лавки с одним-двумя служащими и ежедневным небольшим объемом продаж. Такое разнообразие порождает необходимость классифицировать фирмы по некоторым критериям, таким, например, как правовой статус.

Принимая решение о выборе организационно-правовой формы, предприниматель определяет требуемый уровень и объем возможных прав и обязательств, что зависит от профиля и содержания будущей деятельности, возможного круга партнеров, существующего в стране законодательства.

Наличие организационно-правовых форм хозяйствования, как показала мировая практика, является важнейшей предпосылкой для эффективного функционирования рыночной экономики в любом государстве, в том числе и в Приднестровье.

В разделе охраны труда рассмотрены вопросы безопасности во время работы с компьютерной техникой, причины возникновения опасных ситуаций во время производственного процесса, методы профилактики и техника борьбы с форс-мажорными ситуациями, к примеру, такими как возникновение пожара, на рабочем месте, то есть полностью глава о противопожарной безопасности.

Глава 1. Техническая часть. Разработка стенда для исследований ВАХ полупроводниковых приборов

.1 Полупроводниковые приборы и их ВАХ

Вольтамперная характеристика (ВАХ) - график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольтамперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса.

Характерными примерами элементов, обладающих нелинейной ВАХ являются: диоды, стабилитроны, транзисторы. Для элементов, имеющих три вывода (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющимися ВАХ для двухполюсника при, так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента.

Полупроводниковый диод - это преобразовательный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами, в котором используются свойства р-n- перехода.

Полупроводниковые диоды классифицируются:

1)      по назначению: выпрямительные, высокочастотные и сверхвысокочастотные (ВЧ- и СВЧ- диоды), импульсные, полупроводниковые стабилитроны (опорные диоды), туннельные, обращенные, варикапы и многие другие;

2)      по конструктивно - технологическим особенностям: плоскостные и точечные;

)        по типу исходного материала различают: кремниевые, германиевые, из арсенида галлия.

Рис. 1 (устройство точечных диодов)

В точечном диоде используется пластинка германия или кремния с электропроводностью n- типа, толщиной 0,1-0,6 мм и площадью 0,5-1,5 мм²; с пластинкой соприкасается заостренная проволочка (игла) с нанесенной на нее примесью. При этом из иглы в основной полупроводник диффундируют примеси, которые создают область с другим типом электропроводности. Таким образом, около иглы образуется миниатюрный р-n- переход полусферической формы.

Для изготовления германиевых точечных диодов к пластинке германия приваривают проволочку из вольфрама, покрытого индием. Индий является для германия акцептором. Полученная область германия p - типа является эмиттерной.

Для изготовления кремниевых точечных диодов используется кремний n- типа и проволочка, покрытая алюминием, который служит акцептором для кремния.

В плоскостных диодах p-n - переход образуется двумя полупроводниками с различными типами электропроводности, причем площадь перехода у различных типов диодов лежит в пределах от сотых долей квадратного миллиметра до нескольких десятков квадратных сантиметров у силовых диодов.

Плоскостные диоды изготовляются методами сплавления (вплавления) или диффузии.

Рис. 2 (устройство плоскостных диодов, изготовленных сплавным (а) и диффузионным методом (б))

В пластинку германия n- типа вплавляют при температуре около 500° С каплю индия, которая, сплавляясь с германием, образует слой германия р- типа. Область с электропроводностью р - типа имеет более высокую концентрацию примеси, нежели основная пластинка, и поэтому является эмиттером. К основной пластинке германия и к индию припаивают выводные проволочки, обычно из никеля. Если за исходный материал взят германий р - типа, то в него вплавляют сурьму и тогда получается эмиттерная область n- типа.

Диффузионный метод изготовления р-n- перехода основан на том, что атомы примеси диффундируют в основной полупроводник. Для создания р - слоя используют диффузию акцепторного элемента (бора или алюминия для кремния, индия для германия) через поверхность исходного материала.

.2 Выпрямительные диоды

Выпрямительный полупроводниковый диод - это полупроводниковый диод, предназначенный для преобразования переменного тока в постоянный.

Выпрямительные диоды выполняются на основе р-n- перехода и имеют две области, одна из них является более низкоомной (содержит большую концентрацию примеси), и называется эмиттером. Другая область, база - более высокоомная (содержит меньшую концентрация примеси).

В основе работы выпрямительных диодов лежит свойство односторонней проводимости р-n- перехода, которое заключается в том, что последний хорошо проводит ток (имеет малое сопротивление) при прямом включении и практически не проводит ток (имеет очень высокое сопротивление) при обратном включении.

Как известно, прямой ток диода создается основными, а обратный - не основными носителями заряда. Концентрация основных носителей заряда на несколько порядков превышает концентрацию не основных носителей, чем и обусловливаются вентильные свойства диода.

Основными параметрами выпрямительных полупроводниковых диодов являются:

·        прямой ток диода Iпр, который нормируется при определенном прямом напряжении (обычно Uпр = 1-2 В);

·        максимально допустимый прямой ток Iпр мах диода;

·        максимально допустимое обратное напряжение диода Uобр мах, при котором диод еще может нормально работать длительное время;

·        постоянный обратный ток Iобр, протекающий через диод при обратном напряжении, равном Uобр мах;

·        средний выпрямленный ток Iвп.ср, который может длительно проходить через диод при допустимой температуре его нагрева;

·        максимально допустимая мощность Pмах, рассеиваемая диодом, при которой обеспечивается заданная надежность диода.

По максимально допустимому значению среднего выпрямленного тока диоды делятся на маломощные (Iвп.ср £ 0,3А), средней мощности (0,3А < Iвп.ср £ 10А) и большой мощности (Iвп.ср > 10А).

Для сохранения работоспособности германиевого диода его температура не должна превышать +85°С. Кремниевые диоды могут работать при температуре до +150°С.

Рис. 3 (изменение вольт - амперной характеристики полупроводникового диода от температуры: а − для германиевого диода; б − для кремниевого диода)

Падение напряжения при пропускании прямого тока у германиевых диодов составляет DUпр = 0,3-0,6 В, у кремниевых диодов − DUпр = 0,8-1,2 В. Большие падения напряжения при прохождении прямого тока через кремниевые диоды по сравнению с прямым падение напряжения на германиевых диодах связаны с большей высотой потенциального барьера р-n- переходов, сформированных в кремнии.

С увеличением температуры прямое падение напряжения уменьшается, что связано с уменьшением высоты потенциального барьера.

При подаче на полупроводниковый диод обратного напряжения в нем возникает незначительный обратный ток, обусловленный движением не основных носителей заряда через р-n- переход.

При повышении температуры р-n- перехода число не основных носителей заряда увеличивается за счет перехода части электронов из валентной зоны в зону проводимости и образования пар носителей заряда электрон-дырка. Поэтому обратный ток диода возрастает.

В случае приложения к диоду обратного напряжения в несколько сотен вольт внешнее электрическое поле в запирающем слое становится настолько сильным, что способно вырвать электроны из валентной зоны в зону проводимости (эффект Зенера). Обратный ток при этом резко увеличивается, что вызывает нагрев диода, дальнейшей рост тока и, наконец, тепловой пробой (разрушение) р-n- перехода. Большинство диодов может надежно работать при обратных напряжениях, не превышающих (0,7-0,8) Uпроб.

Допустимое обратное напряжение германиевых диодов достигает - 100-400 В, а кремниевых диодов - 1000-1500 В.

Выпрямительные диоды применяются для выпрямления переменного тока (преобразования переменного тока в постоянный); используются в схемах управления и коммутации для ограничения паразитных выбросов напряжений, в качестве элементов электрической развязки цепей.

В ряде мощных преобразовательных установок требования к среднему значению прямого тока, обратного напряжения превышают номинальное значение параметров существующих диодов. В этих случаях задача решается параллельным или последовательным соединением диодов.