Сайт nashuch.ru и его партнеры используют на этом сайте определенные технологии, в том числе файлы cookie, чтобы подбирать материалы и рекламу на основе интересов и анализа активности пользователей. Чтобы узнать подробности, ознакомьтесь с нашей политикой конфиденциальности. Оставаясь на сайте, вы даете согласие на использование этих технологий. nashuch.ru также участвует в рекламной деятельности третьих сторон, которая учитывает интересы пользователей. Это позволяет поддерживать наши сервисы и предлагать вам подходящие материалы. Нажимая кнопку «Принять», вы выражаете согласие с описанной рекламной деятельностью.

принять

Расчет параметров и характеристик выпрямительного диода 1 Исходные данные



Скачать 96.75 Kb.
Дата01.05.2018
Размер96.75 Kb.
Название файла+РАСЧЕТ ДИОДА_из_интернета.docx




РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА

3.1 Исходные данные


Расчёты параметров и характеристик диода выполняем в предположении, что диод является кремниевым и имеет кусочно-однородную структуру типа p+-n.

Исходные данные для расчетов: геометрия кристалла



Параметр

Обозначение

Величина

Размерность

параллелепипед с квадратным основанием площадью

А




см

толщина пластины

h

300

мкм

толщина базы

wб

280

мкм

Концентрация примеси в Базе или

Концентрация примесных атомов в исходном кристалле



Nб

1014

см‒3

концентрация примесных атомов в эмиттерной области



1018

см‒3

время жизни неравновесных носителей в исходном кремнии

tб

10

мкс

тепловое сопротивление корпуса диода

RТ

1,5

К/Вт

3.2 Модель выпрямительного диода
n p+

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image017.jpg



Рисунок 3.1 Модель Эберса - Молла полупроводникового диода

База ‒ Эмиттер

Наиболее распространенная в теории электрических цепей модель полупроводникового диода, достаточно полно учитывающая особенности его нелинейной вольт-амперной характеристики, — модернизированная модель Эберса-Молла (рисунок 3.1).

Данная модель включает:


барьерную и диффузионную ёмкости диода

(Сбд , Сдд ),

ток p-n-перехода

Ip-n

сопротивление базы диода



сопротивление утечки



Тепловой потенциал φт , В:

j Т = КТ/q=1,38·10-23·300/1,6·10-19=0,026 (3.1)

где kB — постоянная Больцмана;

T — абсолютная температура в кельвинах;

q — заряд электрона.

Коэффициент диффузии дырок в базе Dpб ,см2/с:

Dpб=μр∙φт=470∙0,026= 12,22, (3.2)

где  μр =470 (см2/В*с) — подвижность дырок, которая определена по рисунку 3.2.



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image020.gif

Рисунок 3.2 Зависимость подвижности электронов и дырок от концентрации примеси кремния при 300К

Тепловой ток диода Iдо, А :



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image023.gif (3.3)

где http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image024.gif— концентрация собственных носителей в полупроводнике;

— площадь p-n перехода.http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image025.gif

Контактная разность потенциалов φк, В:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image026.gif (3.4)

Барьерная емкость диода Сб0, Ф:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image027.gif

(3.5)


Сопротивление базы диода Rб, Ом:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image028.gif (3.6)

где http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image029.gif— удельное сопротивление базы диода, определяем по рисунку 3.3 .



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image030.gif

Рисунок 3.3 Зависимость удельного сопротивления германия и кремния от концентрации примеси при 300К

3.3 Расчет параметров и характеристик диода

Напряжение прокола Uпрок , В:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image031.gif (3.7)

Напряжение лавинного пробоя Uл, В:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image032.gif (3.8)

Рабочее обратное напряжение Uобр, В:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image033.gif (3.9)

где 0,7 - коэффициент запаса.

Толщина обедненного слоя l, см:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image034.gif

Генерационный ток перехода Iг, А



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image035.gif (3.10)

Коэффициент лавинного умножения М:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image036.gif (3.11)

где n – эмпирическая константа, для n-Si n=5.

Обратный ток диода http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image037.gif, А:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image038.gif (3.12)

Диффузионная длина неравновесных носителей http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image039.gif, cм:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image040.gif (3.13)

Находим http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image041.gifи http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image042.gif:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image043.gif (3.14)

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image044.gif (3.15)

По графикам (рисунок 3.2) определяем подвижности электронов и дырок: μn=1320 см2/(В*с); μp=470 см2/(В*с).

Максимальный прямой ток диода и максимальное прямое падение напряжения находят из условия равенства мощности, выделяющейся при протекании тока через диод, и тепловой мощности, отдаваемой в окружающую среду: http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image045.gif

Электрическая мощность, выделяющаяся при протекании тока:http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image046.gif

Тепловая мощность, отдаваемая в окружающую среду, определяется перепадом температур между p-n переходом и внешней поверхностью корпуса и тепловым сопротивлением корпуса диода.

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image047.gif

Равенство величин http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image048.gifи http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image049.gifдает уравнение



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image050.gif (3.16)

Определяем http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image051.gif, Вт:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image052.gif (3.17)

По ВАХ диода с помощью компьютера находим произведение http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image053.gif, т.е. тепловую мощность. Данной точке прямой ВАХ диода удовлетворяют I =75,4 А ; U =0,99 В.

Падение напряжения диода для тока I :

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image054.gif (3.18)

Находим http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image055.gif, A:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image056.gif (3.19)

Определяем коэффициент http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image057.gif:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image058.gif (3.20)

Зависимость http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image059.gifописывается соотношением, Ом:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image060.gif (3.21)

Максимальная плотность тока p-n перехода http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image061.gif, мА/см2:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image062.gif (3.22)

Прямая ветвь ВАХ диода определяется с помощью соотношения:



http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image063.gif, где http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image064.gifhttp://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image065.gif(3.23)

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image066.gif

Результаты расчетов токов и напряжений оформлены в виде таблицы 3.1.

Таблица 3.1 Прямая ВАХ диода


Iд, мА

U p-n, В

U Rб, В

Uд, В

0

0,00

0,00

0,00

10

0,65

0,04

0,69

20

0,67

0,08

0,75

30

0,68

0,11

0,79

40

0,69

0,15

0,84

50

0,69

0,19

0,88

60

0,70

0,23

0,93

70

0,70

0,27

0,97

75,4

0,70

0,29

0,99

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image067.gif

Рисунок 3.4 График зависимости Uд= f(Iд) для прямого напряжения на диоде

Обратную ветвь ВАХ рассчитаем с помощью соотношения:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image068.gif, (3.24)

где


http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image069.gif, (3.25)

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image070.gif (3.26)

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image071.gif (3.27)

Таблица 3.2 Обратная ветвь ВАХ диода



U, В

I, A

0

0,00E+00

2

3,39E-08

4

5,59E-08

6

7,36E-08

8

8,87E-08

10

1,02E-07

12

1,15E-07

14

1,26E-07

16

1,36E-07

18

1,46E-07

20

1,56E-07

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image072.gif

Рисунок 3.5 График обратной ветви ВАХ диода Iобр=f(Uобр)

Зависимость http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image073.gifописывается формулой:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image074.gif (3.28)

Результаты расчётов генерационных токов диода представлены в таблице 3.3. На основании полученных данных построена зависимость Iг=f(Uобр) (рисунок 3.6).

Таблица 3.3 Зависимость Iг=f(Uобр)


Uобр, В

I г, А

0

3,52E-08

2

6,90E-08

4

9,11E-08

6

1,09E-07

8

1,24E-07

10

1,37E-07

12

1,50E-07

14

1,61E-07

16

1,72E-07

18

1,82E-07

20

1,91E-07

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image075.gif

Рисунок 3.6 График зависимости Iг=f(Uобр)

Зависимость http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image076.gifкоэффициента лавинного умножения от обратного напряжения на диоде описывается формулой:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image077.gif (3.29)

Таблица 3.4 Зависимость М=f(Uобр)



U, В

M

0

1,0000

40

1,0000

80

1,0001

120

1,0007

160

1,0030

200

1,0091

240

1,0229

280

1,0508

320

1,1041

360

1,2046

400

1,4038

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image078.gif

Рисунок 3.7 График зависимости М=f(Uобр)

Зависимость Iдо = f (T) теплового тока диода описывается формулой:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image079.gif (3.30)

где Iдо (To) – ток диода при температуре Т=300о С;

αsi = 0,16 К-1;

ΔT = 20° К.

Таблица 3.5 Зависимость Iдо = f (T)


T, K

300

320

340

360

380

400

420

I до, A

1,32*10-10

3,24*10-9

7,94*10-8

1,95*10-6

4,78*10-5

1,17*10-3

2,88*10-2

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image080.gif

Рисунок 3.8 График зависимости Iдо = f (T)

Температурную зависимость обратного тока рассчитываем по формуле:

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image081.gif (3.31)

где Т*=10° К. Температурную зависимость обратного тока следует рассчитывать для температур в диапазоне 300…420 К. Обратное напряжение принять равным рабочему обратному напряжению [6].



Таблица 3.6 Зависимость Iобр = f (T)

T, K

300

320

340

360

380

400

420

I обр, A

9,50*10-8

3,80*10-7

1,52*10-6

6,08*10-6

2,43*10-5

9,73*10-5

3,89*10-4

http://www.radioland.net.ua/images/referats/388/image082.gif

Рисунок 3.9 График зависимости Iобр = f (T)

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©nashuch.ru 2017
обратиться к администрации | Политика конфиденциальности

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Пояснительная записка
Методические указания
Рабочая программа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Практическая работа
Учебное пособие
Общая характеристика
Общие сведения
Теоретические аспекты
Физическая культура
Дипломная работа
Самостоятельная работа
Федеральное государственное
История развития
Направление подготовки
Техническое задание
квалификационная работа
Общая часть
Выпускная квалификационная
Методическое пособие
Краткая характеристика
Технологическая карта
государственное бюджетное
Теоретическая часть
Методическая разработка
Техническое обслуживание
прохождении производственной
Общие положения
Металлические конструкции
Технология производства
Исследовательская работа
Математическое моделирование
учреждение высшего
Правовое регулирование
Описание технологического
Решение задач
Организация работы
Уголовное право
Практическое занятие
Общие требования
Понятие предмет
Основная часть
Гражданское право
История возникновения
Технологическая часть
физическая культура
Электрические машины