20 задач по промышленной электронике

Задача1……………………………………………………………………2

Задача2……………………………………………………………………2

Задача3……………………………………………………………………3

Задача4……………………………………………………………………7

Задача5…………………………………………………………………...11

Задача6…………………………………………………………………...12

Задача7…………………………………………………………………...13

Задача8…………………………………………………………………...14

Задача9…………………………………………………………………...15

Задача10………………………………………………………………….17

Задача11………………………………………………………………….18

Задача12………………………………………………………………….20

Задача 13…………………………………………………………………22

Задача 14…………………………………………………………………23

Задача 15…………………………………………………………………24

Задача 16…………………………………………………………………26

Задача 17…………………………………………………………………28

Задача 18…………………………………………………………………29

Задача 19…………………………………………………………………31

Задача 20…………………………………………………………………32  

Список используемых источников информации……………………...34

Шифр 04     Задача 1    Вариант2

При введении(легировании) в Германий- Сурьмы,а в Кремний- Фосфора возникает электронный тип проводимости,т.к Германий и Кремний элементы 4 группы,а Сурьма и Фосфор 5-ой,следовательно Sb и P являются донорными примесями для Ge и Si. При понижении температуры сопротивление увеличивается,как прямое, так и обратное, а также появляется вероятность механических повреждений кристалла из-за увеличивающейся хрупкости .Так для германиевых диодов допустимый интервал температур окружающей среды лежит в пределах , а для кремниевых в пределах

Шифр 04     Задача 2    Вариант3

Рисунок 1

1.-дрейф дырки

2.-диффузия электрона в результате дрейфа дырки

Процесс востановления связей за счёт перемещения электронов от одного атома к другому,удобно представить в виде противоположно направленного движения дырок,которые имеют положительный заряд.Процесс образования в чистом полупроводнике пары электрон в зоне проводимости-дырка в валентной зоне называется генерацией собственных носителей заряда.

Одновременно с генерацией протекает процесс рекомбинации-встречи электронов с дырками,сопровождающийся возвратом электронов из зоны проводимости в валентную зону и исчезновением свободных зарядов.

Шифр 04     Задача 3    Вариант4

 Туннельные диоды.

Туннельные диоды выполняются из полупроводников с большим количеством примесей (вырожденные полупроводники). Вольтамперная характеристика p-n перехода, выполненного на основе вырожденных полупроводников, имеет область с отрицательным сопротивлением, на котором при увеличении напряжения протекающий ток уменьшается. Элемент, обладающий отрицательным сопротивлением, не потребляет электрическую энергию, а отдает ее в цепь, т.е. является активным элементом цепи.

Наличие падающего участка вольтмаперной характеристики позволяет применять туннельные диоды в качестве генераторов и усилителей электрических колебаний широкого диапазона частот, включая СВЧ, и в качестве высокоскоростных переключателей.

Туннельные диоды выполняются из вырожденных полупроводников, главным образом из германия, кремния и арсенида галлия. Т.к. для туннельного перехода носителей сквозь потенциальный барьер p-n переход должен быть узким и резким, то p-n переходы туннельного диода изготавливают методом вплавления. Кроме того, применяется метод эпитаксильного наращивания вырожденных слоев, который также позволяет получить резкие переходы. Для уменьшения емкости (а, следовательно, для повышения верхней граничной частоты, на которой туннельный диод может работать как активный элемент с отрицательным сопротивлением) применяется метод получения p-n переходов малой площади.

Вольт-амперная хар-ка туннельного диода

Вольтамперная характеристика туннельного диода показана на рисунке. Ее вид зависит от концентрации примесей, от рода примесей при одном и том же значении концентрации и от температуры, причем зависимость от температуры различна для туннельных диодов, выполненных из разных материалов.

Основным параметром, характеризующим вольтамперную характеристику туннельного диода, является отрицательное дифференциальное сопротивление, характеризующее наклон падающего участка :

Т. к. туннельное прохождение электронов сквозь потенциальный барьер перехода не связано с медленным процессом диффузии, то скорость передачи туннельного тока очень велика (порядка  сек для сильно легированного германия) и в туннельных диодах отсутствует инерционность за счет малой подвижности носителей. Поэтому частотные свойства туннельных диодов определяются не скоростью передачи тока, а только факторами, зависящими от конструкции: емкостью p-n перехода С, сопротивлением потерь , обусловленным объемным сопротивлением полупроводника и выводов, и суммарной индуктивностью диода . Частотные свойства туннельного диода характеризуются максимальной частотой

На частотах выше  туннельный диод уже нельзя использовать в качестве отрицательного сопротивления, т.е. генерирование и усиление электрических колебаний на этих частотах невозможно. Кроме того, качество туннельного диода на высоких частотах оценивается отношением , которое иногда называется фактором добротности.

При работе туннельного диода в переключающих схемах его быстродействие характеризуется величиной времени переключения, зависящим и от свойств диода и от параметров схемы.

Условно-графическое изображение:

Пример: Диод туннельный из арсенида галлия  АИ101А I.п = 1 мА,

I.о = 0,2мА, C.д = 4 пФ

АИ101А

А- материал(арсенид галлия )

И- диод туннельный

1-диапазон основных параметров(мощность,основное назначение)

01-номер разработки

А-технологическое деление на параметрические группы

3.2 Выпрямительные  диоды (силовые диоды. вентили).

Выпрямительные ПД применяются для преобразования переменного тока низкой частоты (до 50кГц) в ток одного направления (выпрямление переменного тока). Обычно рабочие частоты выпрямительных ПД малой и средней мощности не превышают 20 кГц, а диодов большой мощности - 50 Гц.

Возможность применения p-n перехода для целей выпрямления обусловлено его свойством проводить ток в одном направлении (ток насыщения очень мал).

В связи с применением выпрямительных диодов к их характеристикам и параметрам предъявляются следующие требования:

а) малый обратный ток ;

б) большое обратное напряжение;

в) большой прямой ток;

г) малое падение напряжения при протекании прямого тока.

Для того, чтобы обеспечить эти требования, выпрямительные диоды выполняются из полупроводниковых материалов с большой шириной запрещенной зоны, что уменьшает обратный ток, и большим удельным сопротивлением, что увеличивает допустимое обратное напряжение. Для получения в прямом направлении больших токов и малых падений напряжения следует увеличивать площадь p-n перехода и уменьшать толщину базы.

Выпрямительные диоды изготавливаются из германия (Ge) и кремния (Si) с большим удельным сопротивлением, причем Si является наиболее перспективным материалом.

Кремниевые диоды, в результате того, что Si имеет большую ширину запрещенной зоны , имеют во много раз меньшие обратные токи, но большее прямое падение напряжения, т.е. при равной мощности отдаваемой в нагрузку, потеря энергии у кремниевых диодов будет больше. Кремниевые диоды имеют большие обратные напряжения и большие плотности тока в прямом направлении.      

Зависимость вольтамперной характеристики кремниевого диода от температуры показана на рис.2.1.

Из рисунка 2.1 следует, что ход прямой ветви вольтамперных характеристик при изменении температуры изменяется незначительно. Это объясняется тем, что концентрация основных носителей заряда при изменении температуры практически почти не изменяется, т.к. примесные атомы ионизированы уже при комнатной температуре.

Количество неосновных носителей заряда определяется температурой и поэтому ход обратной ветви вольтамперной характеристики сильно зависит от температуры, причем эта зависимость резко выражена для гермениевых диодов. Величина напряжения пробоя тоже зависит от температуры. Эта зависимость определяется видом пробоя p-n перехода. При электрическом пробое за счет ударной ионизации  возрастает при повышении температуры. Это объясняется тем, что при повышении температуры увеличиваются тепловые колебания решетки, уменьшается длина свободного пробега носителей заряда и для того, чтобы носитель заряда приобрел энергию достаточную для ионизации валентных связей, надо повысить напряженность поля, т.е. увеличить приложенное к p-n переходу обратное напряжение. При тепловом пробое  при повышении температуры уменьшается.     

В некотором интервале температур для германиевых диодов пробой чаще всего бывает тепловым (ширина запрещенной зоны Ge невелика), а для кремниевых диодов - электрическим. Это определяет значения  при заданной температуре. При комнатной температуре значения  для германиевых диодов обычно не превышают 400В , а для кремниевых - 1500В. 

Условно-графическое изображение:

Пример: Диод кремниевый сплавной  КД203Д I.п = 10 А, I.о = 1500мкА, Uобр,max=1000 В, масса 10 г.

КД203Д

К –материал кремний

Д – диод выпрямительный

2  –диапазон основных параметров(мощность,основное назначение)

03 –номер разработки

Д – технологическое деление на параметрические группы

Шифр 04     Задача 4    Вариант8

Дано: R3= 50 кОм, R4= 70 кОм ,R5=0,35 кОм, Uвх= 15 В(синусоидальное), Определить амплитуды и формы напряжения на выходе. Начертить графики напряжений.(диоды считать идеальными). Типы диодов VD3-КД226А,

VD4-КД226А,VD5-ГД402А,VD6-КС131А.Входное напряжение синусоидальное.

Схема б

Расмотрим воздействие положительной части сигнала:

схема примет вид:

i1=i2=i3=0,

следовательно Uвых=i3 R3=0

Расмотрим воздействие отрицательной части сигнала:

схема примет вид:

i1=i2=Uвх/R3, i3≈0

следовательно Uвых≈0 (с учётом характеристик реальных диодов

Uвых= -Uпр , где Uпр-прямое напржение(падение напряжения на диоде VD4, когда он открыт))

Uвых=0 в любой момент времени.

Параметры диодов VD3 VD4,:

Uпр=1В,Uобр.макс.=400 В, Iпр.макс.=0,3 А, Iобр.=А

График напряжения на выходе,будет иметь вид:

Диоды идеальные

где,Т-период,А-амплитуда напряжения на входе, А*-амплитуда напряжения на выходе

Для реальных диодов график примет вид:

Схема В

Параметры диода VD5:тип ГД 402А Uпр=0,45В,Uобр.макс.=15 В, Iпр.макс.=0,03 А, Iобр.=А

Параметры стабилитрона VD6: тип КС 131А Uст=3,1В, Iст.макс.=0,081 А, Iобр.=А

Рассмотрим воздействие положительной части сигнала:

схема примет вид:

Следовательно: Диод VD5 открыт,его сопротивление меньше R5,через стабилитрон будет протекать ток стабилизации i= Uвх/R5=А, соответственно напряжение на выходе, будет равно Uвых=Uст=3,1 В

Рассмотрим воздействие отрицательной части сигнала:

схема примет вид:

следовательно : диод VD5 закрыт, i=-Iобр.=- А ≈ 0

Соответственно Uвых= 0

График напряжения на выходе,будет иметь вид:

Шифр 04     Задача 5    Вариант7

Построить ВАХ иследуемого стабилитрона,определить основные хар-ки.

Схема иследования

Данные иследования:

ВАХ стабилитрона

Согласно построенной ВАХ стабилитрона  очевидно, что

I min стаб=5,5 А, Uстаб.= 47 В.

Из справочника данным параметрам приблизительно соответствует импортный аналог:

1N4756A, стабилитрон 47В