Методические указания к практическим занятиям по дисциплине “Общая электротехника и электроника”, страница 9

45. Стабилитрон с напряжением стабилизации U_cт = 50 В, максимальным током стабилизации I_стmax = 40 мА и минимальным током      I_стmin = 5 мА подключен к нагрузке R_н, ток через которую меняется от I_н = 0 до I_нmax. Определить максимальный ток нагрузки I_нmax, если напряжение источника питания              Е = 200 В.

46. Используя значение сопротивления ограничительного резистора, найденное в предыдущей задаче, найти возможные пределы изменения питающего напряжения, если ток нагрузки постоянен I_н = 25 мА.

Варикапы

47. Барьерная ёмкость диода равна 200 пФ при обратном напряжении 2 В.

Какое требуется обратное напряжение, чтобы уменьшить ёмкость до 50 пФ, если контактная разность потенциалов резкого p-n перехода j_к = 0,82 В?

Решение

Барьерная ёмкость p-n перехода определяется по формуле

где  - ёмкость p-n перехода при нулевом напряжении;

j_к – контактная  разность  потенциалов  (высота  потенциального                       барьера);

U_обр – обратное напряжение;

n = 2 – для резких p-n переходов;

n = 3 – для плавных p-n переходов.

Для нашего случая (резкий p-n переход)

где k₁ – некая постоянная, равная.

При обратном напряжении U_обр = 2 В C_б = 200 Пф, тогда

Найдём обратное напряжение, при котором С_б = 50 пФ.

 или

,   то есть U_обр @ 44В.

48. Вычислить барьерную ёмкость германиевого полупроводникового диода с площадью поперечного сечения р-n перехода S = 1 мм² и шириной запирающего слоя 2*10^-3 мм.

Решение:

Для вычисления ёмкости воспользуемся формулой

где e₀ = 8,86*10^-12 Ф/м – диэлектрическая проницаемость свободного пространства;

e = 16 – относительная диэлектрическая проницаемость Ge.

Тогда при U_обр = 0

.

49 .Найти барьерную ёмкость германиевого р-n перехода, если удельное сопротивление p-области r_р =3,5*10² Ом*м, контактная разность потенциалов j_к = 0,35 В, приложенное обратное напряжение U_обр = 5 В, площадь поперечного сечения p-n перехода S = 1 мм².

Решение:

Удельная проводимость определяется как

удельная проводимость p- слоя:

.

Ширина p-n перехода при N_д >> N_а

заменяя  получаем

Барьерная ёмкость p-n перехода при обратном напряжении 5В:

.

50. Удельная проводимость p- области Ge с резким p-n переходом                     s_p = 10⁴ См/м, n- области -  s_n = 10² См/м. Высота потенциального барьера в равновесном состоянии j_к = 0,358 В, площадь поперечного сечения p-n перехода S = 0,5 мм².

Определить барьерную ёмкость p-n перехода и её величину при обратных напряжениях U_обр = 5 и 10 В. 

Решение:

Поскольку проводимость n- области на 2 порядка меньше, чем  p- области ,  то можно считать что N_д << N_а и область с меньшей проводимостью и будет определять ширину и барьерную ёмкость p-n перехода.

Ширина перехода в равновесном состоянии

Барьерная ёмкость p-n перехода

Барьерные ёмкости при обратных напряжениях U_обр = 5 и 10 В соответственно:

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор (БТ) представляет собой полупроводниковый прибор с тремя областями чередующейся электропроводности, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Биполярные транзисторы могут быть типа p-n-p и n-p-n, а в зависимости от того какой из электродов транзистора является общим для входного и выходного сигналов различают три схемы включения БТ – с общей базой (ОБ), с общим коллектором (ОК) и с общим эмиттером (ОЭ).

Для определения аналитических зависимостей между токами и напряжениями идеализированный транзистор представляют моделью Эберса – Молла.

Токи эмиттера и коллектора выражаются следующим образом:

где  и - тепловые токи эмиттерного и коллекторного переходов при коротком замыкании, соответственно при U_кб = 0 и U_эб = 0;

- коэффициент передачи тока эмиттера в активном режиме;