Методические указания. К решению задачи целесообразно приступать после того, как изучена теоретическая часть выполняемой задачи

К решению задачи целесообразно приступать после того, как изучена теоретическая часть выполняемой задачи. При изучении теоретического материала основное внимание необходимо уделять физическим процессам в полупроводниках и приборах на их основе. Необходимо помнить, что формулы позволяют сделать количественную оценку того или иного процесса, но не изучить физику происходящих процессов.

Задача оформляется отдельным документом и указывается фамилия студента, номер группы и вариант решаемой задачи.

Оформленная задача должна включать следующие пункты:

1. Условие задачи.

2. Исходные данные для решения задачи.

3. Расчетная формула или ее вывод с пояснением величин, входящих в формулу с указанием источника. Все математические выводы необходимо сопровождать пояснениями и ссылками на теоретический материал. В окончательную расчетную формулу обязательно подставляются численные значения параметров для расчетной точки, и приводится результат расчета с указанием размерности полученной величины. Обычно для получения какой либо зависимости необходимо диапазон варьируемой величины (температура, концентрация примеси и т. д.) разбить на 8 – 10 точек.

4. Результаты расчетов сводим в таблицу.

5. По данным таблицы строим график рассчитываемой величины.

6. Выводы по результатам расчета.

Выводы к задаче считаются одним из важнейших пунктов решенной задачи. При написании выводов необходимо ссылаться на физические принципы процессов, а не на формулы или графики.

В случае если задача не зачтена и возвращена студенту, после устранения ошибок на повторную проверку необходимо представлять работу полностью, а не исправления и уточнения.

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Задача 1. Рассчитать величину температурного потенциала в полупроводнике в интервале температур. Построить графики и дать физическое объяснение полученных результатов. Требуется рассчитать значения температурного потенциала при изменении температуры от –400 до 500 С.

, (1)

где К - постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, q - заряд электрона.

Умножив и разделив правую часть выражения (1) на Т_о=300 К (комнатная температура) получим

, (2)

где - температурный потенциал при комнатной температуре.

Новая форма записи не только уменьшает время, которое требуется для проведения расчетов, но и делает формулу более наглядной с точки зрения зависимости температурного потенциала от температуры.

Разобьем весь температурный диапазон на 10 точек.

Для каждой точки рассчитаем температурный потенциал, и результаты сведем в таблицу 3.

Таблица 3

T, К
, мВ	19.1		20.8	20.6	22.5	23.3	24.2		25.7	26.5

По данным таблицы строим график рис.1.

Из выражения 2 следует, что температурный потенциал является линейной функцией от температуры, следовательно, для построения графика достаточно было вычислить значения температурного потенциала для двух значений температуры.

Выводы.

С физической точки зрения температурный потенциал характеризует в электрических единицах статистическую температуру или кинетическую энергию электрона в вакууме или электронном газе. С повышением температуры кинетическая энергия электрона растет, что приводит к увеличению температурного потенциала. Кроме того, можно сделать заключение, что при температуре полупроводника T=0 температурный потенциал равен нулю, а, следовательно, кинетическая энергия электронов и дырок равна нулю и электронов в зоне проводимости нет. Валентные уровни все заполнены. Таким образом, нет свободных подвижных зарядов в полупроводнике и его проводимость равна нулю. Это заключение справедливо для любого типа полупроводника.

Во всех вариантах задания используется транзистор КТ301, выходные характеристики которого приведены на рис. 2.

Таблица 1

№ варианта
				5,1	4,3
					2,4
				1,0	0,82
					1,8
			7,5		2,4
			7,5	1,8	1,5
			7,5	2,4
			7,5	2,7		8,2
			7,5	1,6	1,3
			6,8	1,3
			6,8	5,1	4,3
			6,8		2,4
			6,8	1,0	0,82
		9,1	5,6		1,8
		9,1	5,6		2,4
		9,1	5,6	1,8	1,5
		9,1	5,6	2,4
		7,5	4,3	2,7		8,2
		7,5	4,3	1,6	1,3
		7,5	4,3

Для всех вариантов считать: сопротивление источника сигнала , емкость нагрузки , разделительные конденсаторы , блокирующий конденсатор .

Основные электрические параметры транзистора КТ301:

1.Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при U_к = 10 В, I_э = 3 мА, f = 1 кГц : 20 ÷ 60.

2. Модуль коэффициента усиления тока базы на высокой частоте при I_э = 3 мА, f = 20 МГц не менее 1,0

3.Предельная частота усиления тока при U_к = 10В не менее 30 МГц,

4. Емкость коллекторного перехода ,

5.Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте при U_к = 10 В, I_э = 2 мА, f = 5 МГц не более 2,0 нс,

6. Напряжение насыщения коллектор – эмиттер не более 3 В.

Предельные эксплуатационные данные:

Ток эмиттера и коллектора 10 мА,

Напряжение между коллектором и эмиттером при короткозамкнутых электродах эмиттера и базы 20 В,

Напряжение между эмиттером и базой при отключенном коллекторе 3 В,

Мощность на коллекторе при температуре корпуса 60 ºС 150 мВт,

Диапазон рабочей температуры окружающей среды от – 55 ºС до 85 ºС.

Требуется:

1. Рассчитать режим работы транзистора по постоянному току, определив токи коллектора, эмиттера и базы транзистора и напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке.

2.На выходных характеристиках транзистора построить нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

3.Определить коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления усилителя на средних частотах.

4. Рассчитать верхнюю и нижнюю граничные частоты амплитудно-частотной характеристики усилителя.