Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по курсу "Твердотельная электроника", страница 14

n_n =σn (q⋅µn ) =100(1,6⋅10⁻¹⁹ ⋅0,14)= 4,46⋅10²¹ м^-3 .

Используя закон действующих масс, найдем концентрацию дырок в nобласти: p_n = n_i² n_n = (1,4⋅10¹⁶ )² (4,46⋅10²¹)= 4,39⋅10¹⁰ _м^-3 .

Контактная разность потенциалов

ϕ_к = kTq ⋅ln ppnp  = 0,025⋅ln14,,2539⋅⋅10102410  = 0,799 ≈ 0,8В.

Пример 4. Германиевый p-n-переход имеет обратный ток насыщения 1 мкА, а кремниевый переход таких же размеров – обратный ток насыщения 10^-8 А. Вычислить и сравнить прямые напряжения на переходах при Т=300 К и токе 100 мА. Сопротивлением базы пренебречь.

Решение

Ток через переход определим по формуле

I = I₀ ^⋅[expU_пр^ϕ_T −1], где I0– обратный ток насыщения.

Для германиевого p-n-перехода можем записать:

100⋅10⁻³ =10⁻⁶ ⋅exp[U_пр0,025-1],

откуда U_пр= 288 мВ. Аналогично для кремниевого p-n-перехода при

I₀ =10⁻⁸ А получаем U_пр= 407 мВ.

Пример 5. Обратный ток насыщения I0 p-n-перехода при Т =300 К равен 10⁻¹⁴ А. При повышении температуры на 125 °С обратный ток насыщения увеличился в 10⁵раз. Определить напряжение на переходе при комнатной и повышенной температуре, если прямой ток через него I =1 мА.

Решение

Из ВАХ p-n-перехода имеем

II₀ +1 = expU ^ϕT .

Логарифмируя и решая это уравнение относительно U , получаем U =^ϕ_T ⋅ln(I I₀ +1).

При Т = 300 К (комнатная температура) ^ϕ_T = 0,025 В, тогда

U = 0,025⋅ln(10⁻³ 10⁻¹⁴ +1)= 0,66 В.

При T = (300 + 125) К:

−

U В.

Пример 6. 

Барьерная емкость варикапа равна 25 пФ при обратном напряжении 5 В. Определить уменьшение емкости при уменьшении обратного напряжения до 7 В.

Решение 

Пренебрегая контактной разностью потенциалов, можно записать:

                                                                            C_б1 = k     U1 ,

где k – постоянная; U – обратное напряжение, откуда

k = C_б1 ⋅ U1 .

Тогда при уменьшении обратного напряжения до 7 В барьерная емкость

                           C_б2 = k      U2 = C_б1 ⋅ U1        U2 = 25⋅    5     7 = 21 пФ.

Следовательно, емкость уменьшается на ∆C = C_б1 −C_б2 = 25− 21= 4 пФ.

Пример 7. У полупроводникового диода R_пр = 40 Ом; R_обр = 0,4 МОм; С = 80 пФ. Определить: а) на какой частоте емкостное сопротивление станет равно R_обр и вследствие этого произойдет заметное увеличение обратного тока (но он все еще будет малым); б) на какой частоте емкостное сопротивление станет равно R_при произойдет резкое ухудшение выпрямляющего действия диода.

Решение

а) Исходя из выражения для емкостного сопротивления X_С =1(2⋅π⋅ f ⋅C) при X_C = R_обр,

f =1(2⋅π⋅ X_C ⋅C) =1(2⋅3,14⋅4⋅10⁵ ⋅80⋅10⁻¹² )≈ 5000 Гц или 5 кГц.

б) Поскольку 0,4 Мом в 10000 раз больше 40 Ом, то f = 5000⋅10000 = 5⋅10⁷ Гц или 50 МГц.

Задание 2

Тема «Биполярные транзисторы»

1)  Привести и описать эквивалентные схемы биполярного транзистора для малого сигнала с ОБ и с ОЭ (Т-образные схемы замещения в физических параметрах).

2)  Определить внутренние физические параметры r_б, r_э, r_к и коэффициенты передачи по току α и β T-образных эквивалентных схем с 0Б и с ОЭ транзистора, если известны его h–параметры как активного линейного четырехполюсника, включенного по схеме с ОБ.

3)  Указанные в таблице h-параметры для схемы с ОБ пересчитать в hпараметры для схемы с ОЭ.

Вариант	h - параметры для схемы с ОБ
	h11б, Ом	h12б	h21б	h22б, См
11	40	6,0•10-4	- 0,97	2•10-6
12	30	5,0•10-4	- 0,96	I. •10-6
13	35	4,0•10-4	- 0,95	I. •10-6
14	32	1,2•10-4	- 0,98	I. •10-6
15	24	1,2•10-3	- 0,99	5•10-6
16	25	2,5•10-4	- 0,96	3•10-6
17	40	4,0•10-4	- 0,98	1•10-6
18	28	2,0•10-4	- 0,95	1•10-6
19	38	5,0•10-4	- 0,98	2•10-6
20	36	4,0•10-4	- 0,99	4•10-6