1325-Electrotechnica_lab

150

умолчанию полагается d = 0;

DIFD(u,v[,d]) – cравнение значений двух логических u и v во всех дискретных точках при расчете переходных процессов. DIFA присваивается значение 1, если во всех точках значения функций отличаются друг от друга, в противном случае присваивается 0. В течение первых d секунд после начала расчета переходных процессов сравнение не проводится. Параметр d необязательный, по умолчанию полагается d = 0.

151

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - НЕКОТОРЫЕ ШАБЛОНЫ ЦЕЛЕВЫХ ФУНКЦИЙ, ВСТРОЕННЫЕ В ПРОГРАММУ MICROCAP

High_X – нахождение абсциссы наибольшего значения графика функ-

ции;

High_Y – нахождение ординаты наибольшего значения графика функ-

ции;

Low_X – нахождение абсциссы наименьшего значения графика функ-

ции;

Low_Y – нахождение ординаты наименьшего значения графика функ-

ции;

Peak_X – нахождение абсциссы графика функции, которое соответствует N-ому локальному максимуму функции;

Peak_Y – нахождение ординаты графика функции, которое соответствует N-ому локальному максимуму функции;

Period – нахождение N-ого периода выражения Y. Период вычисляется как разность абсцисс последовательности точек, проходящих через среднее значение Y;

Valley_X – нахождение абсциссы графика функции, которое соответствует N-ому локальному минимуму функции;

Valley_Y – нахождение ординаты графика функции, которое соответствует N-ому локальному минимуму функции;

X_ Range – нахождение диапазона (размаха) по оси абсцисс значений аргумента при изменении значений функции от Y_Low до Y_High;

Y_Range – нахождение диапазона (размаха) по оси ординат значений функции на промежутке от X_Low до X_High.

152

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 – ПРИМЕР ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

КАФЕДРА КОНСТРУИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА РАДИОАППАРАТУРЫ (КИПР)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

«ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННОЙ ЕМКОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ДИОДА»

по дисциплине «Общая электротехника и электроника - 2»

Выполнил студент группы 230-1

__________ А.В.Умников 26 апреля 2012 г.

Проверил доцент каф. КИПР

__________ Д.В.Озёркин « »________ 2012 г.

Томск, 2012

153

Цели работы

1.Исследование зависимости диффузионной емкости полупроводниковых диодов от внешнего напряжения.

2.Приобретение навыков моделирования электронных схем во временной области.

3.Составление символических выражений для определения дифференциальных характеристик в MicroCAP.

Лабораторное задание №1.

Условие. Требуется исследовать зависимость диффузионной емкости полупроводникового диода КД105Б от изменяющегося во времени прямого напряжения. Переменный сигнал представляет собой положительное пилообразное напряжение амплитудой 1В и постоянной составляющей 0В. Длительность переднего и заднего фронтов равны по 0.5 с; период повторения импульсов – 1 с.

Выполнение. Для использования математической модели полупроводникового диода КД105Б был подключен файл my_diode.lib.

Полупроводниковый диод КД105Б включен в прямом направлении последовательно с токоограничивающим резистором R и источником импульсного напряжения E (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема включения полупроводникового диода для измерения диффузионной емкости

Задание характеристик импульсного сигнала проведено в интерактивном режиме. Согласно исходным данным параметры импульсного источника равны: V1 = 0; V2 = 1; TD = 0; TR = 0.5; TF = 0.5; PW = 0; PER = 1. Форма входного сигнала – пилообразное напряжение – соответствует введенным данным (рисунок 2).

Рисунок 2 – Входной сигнал

154

Перед выполнением анализа во временной области были заданы следующие параметры моделирования:

-временной диапазон – 1 с;

-временной шаг – 0.01 с.

Выражение для диффузионной емкости диода C dQ запишем как dU

DEL(Q(VD))/DEL(V(2)), где Q(VD) – заряд на диоде VD; V(2) – потенциал контрольной точки 2 или напряжение на диоде; DEL – встроенная дифференциальная функция MicroCAP.

Таблица параметров для построения графиков выглядит следующим образом:

Результаты исследования диффузионной емкости полупроводникового диода представлены на рисунке 3.

а) – зависимость диффузионной емкости от входного напряжения; б) – временная зависимость диффузионной емкости; в) – временная зависимость тока через диод; г) – временные зависимости входного напряжения (1) и напряжения на диоде (2)

Рисунок 3 – Результаты исследования диффузионной емкости

155

На первом графике можно наблюдать петлю гистерезиса, которая характеризует сначала накопление неравновесного заряда в p- и n-областях, а затем процесс рекомбинации, зависящий от времени жизни неравновесных носителей заряда.

На втором графике представлена временная зависимость изменения диффузионной емкости диода. В режиме электронного курсора измеренное максимальное значение диффузионной емкости СДИФ составило около 14 нФ.

На третьем и четвертом графиках представлены, соответственно, временные зависимости тока и напряжения на диоде (вместе со входным сигналом). При этом максимальное значение тока составляет 42 мА; максимальное значение напряжения на диоде 0.58 В.

Для случая, когда длительность импульса входного сигнала намного превышает время диффузии носителей заряда сквозь базу, диффузионная емкость определяется как:

где q – заряд электрона; k – постоянная Больцмана; T – температура в градусах Цельсия; I – значение прямого тока через диод; - время жизни носителей заряда в базе диода.

Определим время жизни носителей заряда, учитывая, что в данном случае максимальные значения диффузионной емкости и тока равны СДИФ = 14 нФ и I = 42 мА, соответственно:

Выводы по лабораторному заданию №1. Анализируя совместно все четыре полученные зависимости можно сделать следующий вывод. В области малых прямых напряжениях (менее 0.5 В), когда диод «закрыт», изменение прямого напряжения не приводит к образованию диффузионной емкости. В этой области напряжений процессы рекомбинации доминируют над процессами накопления неравновесного заряда в p- и n-областях структуры. Начиная со значения прямого напряжения 0.5 В, когда диод начинает «приоткрываться», процессы рекомбинации уже не состоянии нейтрализовать накопленный заряд, поэтому начинает проявлять себя диффузионная емкость диода.

Лабораторное задание №2

……………………

Ответы на контрольные вопросы

1.Чем определяется постоянная времени диода? Она определяется временем пролета неосновных носителей заряда через базу диода.

2.…………………………………………………………..

156

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 – СООТВЕТСТВИЕ УСЛОВНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ НЕКОТОРЫХ ЭРЭ В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ

157

Продолжение таблицы

159

7. Illegal time range. Непредусмотренный временной диапазон.

Ошибка возникает при неправильном указании временного диапазона в диалоговом окне Transient Analysis Limits.

8.Inductor/voltage source loop found. Найдено короткое замыкание источника напряжения или катушки индуктивности.

Ошибка возникает, когда на схеме какой-либо проводник шунтирует источник напряжения или катушку индуктивности.

9.Matrix singular. Единичная матрица.

Ошибка возникает, когда при расчете по постоянному току в вычислительном алгоритме Ньютона-Рафсона появляется единичная матрица. Такой результат следствие неправильно заданных номиналов ЭРЭ или неправильно изображенной электрической схемы.

10. Missing model statement ‘…’. Отсутствующее наименование математической модели.

Ошибка возникает либо при ошибочном написании имени математической модели, либо при отсутствии таковой в библиотеки математических моделей.

11. Need at least two values for ‘SIN’. Нужно по крайней мере два зна-

чения для задания синусоидального сигнала.

Обычно ошибка возникает при отсутствии параметров синусоидального источника напряжения или тока при попытке провести моделирования во временной области. Подобное сообщение может появляться при отсутствии параметров у других источников сигнала (импульсных, экспоненциальных, кусочно-линейных и т.д.).

12. No Model Name Given. Математической модели ЭРЭ не дано наименование.

Ошибка, характерная при размещении на поле чертежа многопараметрических ЭРЭ, описание которых содержится в математических моделях.

13. Node … has no DC path to ground. Узел не имеет соединения по постоянному току с общим проводником.

Ошибка возникает при неправильном соединении проводниками ЭРЭ. Возможны следующие случаи: разрыв проводника в электрической цепи, наличие на схеме несоединенных выводов ЭРЭ, параллельнопоследовательное соединение подряд нескольких емкостей (приводит к появлению электрического узла без гальванической связи с остальной схемой).

14. Source not found. Источник не найден.

Ошибка возникает при указании в диалоговых окнах DC Analysis Limits, AC Analysis Limits или Transient Analysis Limits на несуществующий источник напряжения или тока.

15. The AC signal magnitudes of all sources in this circuit are zero. Ам-

плитуды переменного сигнала всех источников в этой схеме равны нулю.

Обычно ошибка возникает, если не указана амплитуда переменного сигнала в источнике напряжения или тока при попытке провести моделирование в частотной области.