Методические указания по выполнению лабораторной работы

 

    1. Открыть программу Microcap 10, щелкнув дважды по ее значку на рабочем столе.

    2. В меню File программы выбрать пункт Save as.. и сохранить файл в папку «Студент» на диске D:\ под именем, содержащим номер группы и слово «диод» (например, БИН0101диод).

    3. Щелкнуть на иконку с изображением диода в верхней части окна на панели инструментов. Курсор примет вид условного графического обозначения диода на рабочем столе окна программы. Так же можно выбрать пункт «Diode» в каталоге Analog primitives / Passive components.

    4. Установить диод на рабочий стол окна программы. Появится окно со свойствами диода (так же его можно вызвать, щелкнув на изображении диода на рабочем столе). В правой части окна в перечне, начинающемся с «$Generic» выбрать название модели, соответствующей заданному варианту. Модель диода определяется по таблице 1.

Таблица 1.

№ варианта	Тип диода	№ варианта	Тип диода
1	1N4742	6	1N3491
2	1N914	7	1N4729
3	MBR845	8	MR510
4	1N4148	9	MR750
5	MR818	10	MBRP30045СТ

 

После выбора модели диода станут доступными численные значения ее параметров (см. Примечания)

      

       5. Определить и записать в отчет тип перехода, используемого в заданном диоде. Для кремниевых p-n переходов характерна ширина запрещенной зоны EG = 1,11 эВ, для арсенид-галлиевых – EG = 1,3 эВ, для метало-полупроводниковых переходов Шотки – EG = 0,6 эВ и менее.

    6. Определить и записать в отчет назначение диода:

    - высоковольтные диоды имеют напряжение пробоя BV 1000 В и более;

    - сильноточные диоды имеют сопротивление открытого состояния RS сотые доли Ом и менее;

    - стабилитроны с лавинным пробоем в настоящей работе имеют напряжение пробоя BV от 6 до 20 - 30 В;

    - стабилитроны с туннельным пробоем имеют напряжение пробоя BV менее 6 В;

    - высокочастотные диоды имеют ёмкость CJ0 порядка 2 пФ и менее;

    - импульсные диоды имеют среднее время жизни неосновных носителей (время пролёта) ТТ порядка нескольких нс и менее;

    - варикапы обладают сильной зависимостью барьерной ёмкости от обратного напряжения, коэффициент влияния М достигает единицы и более (обычно М=0,5 или 0,3 для плавных переходов).

    - диоды Шотки могут одновременно допускать большие токи (малое RS), обладают малыми тепловыми потерями (за счёт малого напряжения открытого состояния) и обладать хорошими импульсными свойствами (малое ТТ).

    7. Вызвать на экран прямую ветвь ВАХ диода. Для этого в окне над перечнем диодов выбрать «If vs. Vf» и нажать «plot». В левой части экрана появится график прямой ветви ВАХ. Чтобы график охватывал возможно больший диапазон токов, используется логарифмический масштаб тока. При таком масштабе экспоненциальная зависимость отображается в виде прямой линии, в отличие от экспоненты при линейном масштабе (рис. 1). И только в верхней части, в области больших прямых токов, рост тока уменьшается из-за влияния RS (сопротивления базы).

    8. Нажать клавишу F8. В жёлтом верхнем окне появятся максимальные для представленного графика значения напряжения и тока. Перемножив их, получить тепловую мощность Р_расс, выделяющуюся в диоде в этом режиме. Определить и записать в отчет, к какому классу по мощности относится исследуемый диод: для микромощных диодов характерна Р_расс 1 мВт и менее, для среднемощных до 1 Вт, Р_расс мощных диодов может достигать десятков и сотен Вт.

    9. Нажать клавишу F9. В появившемся окне к значению исходной температуры в градусах Цельсия 27 через запятую добавить повышенную температуру 57 (27,57). Нажать «plot». Схематично зарисовать обе ВАХ, указав на графиках минимальные, максимальные значения токов и напряжений и два-три промежуточных. Сделать вывод о влиянии температуры на ток открытого диода. Закрыть диалоговое окно и окно с построенными зависимостями тока от прямого напряжения.

    10. Вызвать на экран обратную ветвь ВАХ диода. Для этого в окне над перечнем диодов выбрать «Ir vs. Vr» и нажать «plot». В левой части экрана появится часть обратной ветви ВАХ, соответствующая участку пробоя.

    11. Нажать клавишу F9. В появившемся окне к значению исходной температуры в градусах Цельсия 27 через запятую добавить повышенную температуру 57 (27,57). Нажать «plot». Схематично зарисовать обе ВАХ, используя минимальные, максимальные значения токов и напряжений и два-три промежуточных, и сделать вывод влиянии температуры на напряжение пробоя.

 

Содержание отчёта

 

Отчёт должен содержать:

- название, цель работы;

- условное обозначение заданного диода;

- тип перехода заданного диода;

- назначение заданного диода;

- максимальную величину Р_расс  и мощностную категорию диода;

- рисунки прямых и обратных ветвей ВАХ с указанием на осях величин и их размерностей и с указанием исходной и повышенной температуры.

 

5. Контрольные вопросы

 

1. Как моделируется идеализированный р-п переход? Сколько параметров в такой модели?

2. Как и почему отличаются ВАХ идеализированного и реального диодов?

3. Перечислите и поясните физический смысл рассмотренных в разделе 2 параметров модели.

4.  Какие свойства реального диода отражают соотношения (2) – (6)?

5. Чем отличаются ВАХ кремниевого, арсенид-галлиевого р-п диодов, диода Шотки?

6. В чем заключаются конструктивные особенности высоковольтных диодов? Сильноточных?

7. Чем отличаются стабилитроны с туннельным и лавинным пробоем?

8. Чем отличаются высокочастотные диоды? Импульсные диоды?

9. В чем заключаются особенности варикапов?

10.  В чем заключаются недостатки моделей диода, рассмотренных в разделе 2?

 

Примечания:

  1. В программе используются следующие принятые в программе МС10 буквенные обозначения множителей для численных значений:

10^-15	10^-12	10^-9	10^-6	10^-3	10^3	10^6	10^9	10^12
фемто	пико	нано	микро	милли	кило	мега	гига	тера
F (f)	P (p)	N (n)	U (u)	M (m)	K (k)	MEG (meg)	G (g)	T (t)

 

     2. В работе рассматриваются только перечисленные ранее основные параметры. Нулевые или пропущенные значения некоторых параметров в таблице на экране означают, что для данной модели они не являются определяющими и рассматриваются в моделях более высокого уровня.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ МДП–СТРУКТУРЫ

 

Цель работы

Изучение особенностей структуры металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) и возможностей её применения в электронике.

 

Задание

1. Ознакомиться с типами и физическими свойствами МДП–структур.

2. Ознакомиться с основными параметрами МДП–структур и возможностями их изменения при изготовлении.

3. Пользуясь программой лабораторной работы, определить для заданного ва­рианта исходных данных параметры МДП–структуры и МДП–транзистора на её основе.

4. Предложить способы улучшения параметров, доказать возможность этого повторением расчётов при самостоятельно изменённых исходных данных.