3509

7. По результатам расчета постройте графики входной характеристики Ici,j(Uzi) при трех значениях напряжения на стоке:

a) Us2=2 (j=2); b) Us3=3 (j=3); c) Us4=4 (j=4).

8. На этом же графике покажите зависимость Iсni,j(Uzi) для граничного и насыщенного режимов. Непосредственно перед графиком задайте условия выбора аппроксимирующей функции для каждого из режимов и условие положительности тока стока:

Как зависит вид входной характеристики от напряжения на стоке и почему?

9. Проведите анализ зависимости входной характеристика Ic(Uz) от величины порогового напряжения. Изменяйте Uпор в диапазоне (1 -3) В с шагом 1 В

(Unopr:=r·delUnp). Напряжение на стоке примите равным Usj =3 (j=3). Расчет производите по формуле

Непосредственно перед графиком задайте условие положительности тока стока

Icpi, j := if [Icpi, j ≥ 0, Icpi, j ,0].

Как зависит вид входной характеристики от порогового напряжения?

10. Проведите анализ зависимости входной характеристика Icif(Uzi) от величины удельной крутизны ВАХ b. Задайте Uпор0=2 (т.е r=0 и Uпор=Uпр). Напряжение на стоке примите равным Usj =3 (j=3). Расчет производите по формуле

Расчет произведите для f=1,2,3 (перед формулой объявите F:=3 f:=1,..F). Непосредственно перед графиком задайте для каждого k условие положительности тока стока

Icpfi, f := if [Icpfi, f ≥ 0, Icpfi, f ,0].

Как зависит вид входной ВАХ от удельной крутизны ВАХ и почему?

11. По результатам расчета по п. 6 постройте графики зависимости выходных характеристик Ici,j(Usj, Uzi) при трех значениях напряжения на затворе:

a)Uz2=:2 (i=2);

b)Uz3:=3 (i=3);

c)Uz4:=4 (i=4).

Пороговое напряжение примите равным 2,0 В. Непосредственно перед

графиком введите условие Ici,j:=if[(Usj<(Uzi-Unp)),Ici,j,Icni,j]. Покажите на графике крутой и пологой области ВАХ и граничного режима. Как напряжение Usj, при котором транзистор переходит в режим насыщения, зависит от напряжения затвор-исток и почему?

12. Исследуйте влияние напряжения на подложке на выходную ВАХ МДПтранзистора. Расчет проведите, используя выражения (4.1а) и (4.3а). Предварительно приведите их к виду:

а) для случая одинаковой полярности напряжений затвора и подложки

б) для случая противоположной полярности напряжений затвора и подложки

Сравните полученные зависимости с результатами, полученными в п. 9, что у них общего и в чем они различаются?

13. Задайте шаг изменения порогового напряжения delUnp:=1 (B) , примите

п:=20. По формулам Unopr:=Unp+r·delUnp и Uini:=i·delUin рассчитайте пороговое и входное напряжение. Используя выражения (4.5) и (4.6), постройте передаточную характеристику МДП-инвертора. Задайте напряжение питания Vcc согласно заданию. Приведите расчетные формулы к виду:

Yi,r := if (Xi,r ≥1,Y 2i,r ,Y1i,r );

Uouti,r := Yi,r (Vcc −Unopr ).

Непосредственно перед графиком введите условия ограничения Uout – выходное напряжение в статическом режиме не может быть меньше нуля и не может быть больше напряжения питания Vcc:

Uouti,r := if (Uouti,r ≥ 0,Uouti,r ,0); Uouti,r := if (Uouti,r ≤ Vcc,Uouti,r ,Vcc) .

В приведенных выражениях символы ≥ и ≤ вводятся одновременным нажатием клавиш “ Alt+) ” и “Alt+( ” соответственно.

Задайте шаг изменения порогового напряжения delUnp:=1(B),примите ni:=20.

По формулам Unopr:=Unp+r delUnp и Uini:=i delUin рассчитайте пороговое и входное напряжение.

14. Исследуйте зависимость передаточной характеристики от порогового напряжения Uпор и величины n. Для этого постройте на двух графиках передаточные характеристики при трех значениях Unop и двух значениях n:

Как влияют значения Uпор и величины n на порог переключения и помехоустойчивость (разность выходных напряжений высокого и низкого уровней)? 15. Проведите анализ влияния напряжения питания Vcc на помехоустойчивость инвертора.

`

Контрольные вопросы

1.Какие транзисторы называются униполярными, в чем их достоинства и недостатки? Какую конструкцию имеют МДП-транзисторы со встроенным и индуцированным каналами? Как обозначаются МДП-транзисторы на принципиальных электрических схемах?

2.Объясните физические процессы, происходящие в МДП-транзисторе во время переключения. Какой вид имеют входная и выходная характеристики МДПтранзистора, какими параметрами они определяются?

3.Нарисуйте эквивалентную электрическую схему МДП-транзистора. Объясните назначение каждого из входящих в нее элементов. Запишите математическую модель МДП-транзистора для статического режима.

4.Объясните передаточную характеристику МДП-инвертора. Как зависят помехоустойчивость и пороговое напряжение переключения ячейки от параметров ключевого и нагрузочного транзисторов?

5. Расскажите о достоинствах и недостатках схемной реализации логических функций на КМОП логических элементах.

Индивидуальное задание к лабораторной работе № 4

Краткое руководство пользователя системой алгебраических вычислений MathCAD

Ввод исходных данных

Инициализация переменных (присвоение переменным значений). Вводится последовательно имя переменной, оператор присваивания и значение пе-

ременной. Ввод оператора присваивания производится одновременным нажатием клавиш Shift и : (при этом на экране появляется символ :=).

Пример: Переменной delX необходимо присвоить значение 10 (delX=10). Для выполнения этой операции надо набрать delX | Shift + :| 10. Здесь и далее символ | означает разделение последовательно выполняемых операций, а Shift + : - одновременное нажатие клавиш Shift и :. При этом на экране отобразится delX:=10 .

Инициализация массивов. Отличие обозначений массива и переменной заключается в наличии нижних индексов, количество которых обозначает размерность массива. По размерности массив может быть одномерным (один нижний индекс) или многомерным (несколько нижних индексов). Индексы обычно обозначаются символами i или j. Для ввода символа в обозначении массива необходимо нажать символ [ , затем ввести с клавиатуры обозначение индекса. При инициализации массива значения его элементов вводятся через запятую, а символом, разделяющим целую и дробную часть, является точка. Прежде чем инициализировать массив, необходимо определить количество элементов в массиве, присвоив индексам нижний и верхний пределы порядковых номеров элементов. Это производится нажатием клавиш i | Shift + : | 1 | ; | 5 | (в этом примере нижний предел индекса массива равен 1, а верхний -5 ). На экране

появится запись i:=1..5.

Пример: Ввести одномерный массив из четырёх чисел 2,5; 3,65; 1,08; 2,12. Для этого необходимо предварительно задать размер массива, нажав клавиши в последовательности: i | Shift + : | 1 | ; | 4 | |. На экране появится запись i:=1..4. После этого можно инициализировать массив, нажимая клавиши в последовательности : M | [ | i | Shift + : | 2.5 | , | 3.65 | , | 1.08 | , | 2.12. На экране появится запись Mi:=

2.5

3.65

1.08

2.12

(В нашем примере массив имеет имя M).

Ввод формул. Ввод формул производится так же, как и при инициализации переменных, только вместо чисел вводятся имена переменных и константы. Порядок ввода символов арифметических операций представлен в табл. 1.

Таблица 1

Примечание: выражения под корнем и под знаком суммы должны быть заключены в круглые скобки (Shift + 9 – открывающая скобка, Shift + 0 – закрывающая скобка).

Для ввода функций нужно набрать имя функции прописными (маленькими) латинскими символами. Имена функций приведены в табл. 2.

Примечания:

1)аргумент тригонометрических функций должен быть выражен в радианах;

2)ввод интеграла производится нажатием клавиш Shift+7 .

Для ввода матрицы введите имя матрицы, Shift + : и нажмите Alt + M. Значения элементов матрицы вводятся на пустые места.

Чтобы найти максимальный или минимальный элемент массива, можно использовать функции max() или min(). Например, запись Ymax = max(Y) или Ymin = min(Y) означает, что в первом случае максимальное значение массива Y будет присвоено переменной Ymax, а во втором минимальное значение массива будет присвоено переменной Ymin .

Решение систем уравнений. Предварительно необходимо ввести начальное приближения неизвестных, X=1 Y=1. Затем ввести ключевое слово Given и набрать уравнение системы. Например,

X+Y≈3

X-Y≈1

Вместо знака равенства в системе стоит знак ≈ (одновременное нажатие клавиш Alt и =)

Для решения системы набрать Find(x,y)= . После этого система выдаст

2

решение в виде столбца . Что означает X=2, а Y=1. Для дальнейшего ис-1

пользования значения этих переменных необходимо переопределить: X:=2 Y:=1.

Bывод результатов

Вывод результатов расчёта: Набрать имя переменной и нажать знак

″=″. Если имя переменной по каким-либо причинам отсутствует, то для вычисления выражения нажать знак ″=″ непосредственно после него.

Вывод результатов в графическом виде:

Для построения графика нажать Shift + @ . Изменение параметров графика производится нажатием клавиши F после установки курсора в пределах области графика. В появившемся после этого меню команды будут выполнять следующие функции:

Size = 5,10 –задает размеры графика по вертикали и горизонтали соответственно. Нажатием клавиш ↑ или ↓ выделить светом эту команду и ввести необходимые размеры после нажатия клавиши Enter. Выход в меню производится повторным нажатием клавиши Enter.

Trace Types = 1 – задаёт тип рисования графика: 1- сплошная линия;

+ или x – крестики, обозначающие значения аргумента и функции в отдельных (например, экспериментальных) точках;

s – представление данных в виде прямоугольников. Log Cycles – задает логарифмическую шкалу.

Subdivisions - ″покрывает″ график координатной сеткой. В этой команде можно указать количество линий сетки по горизонтали и вертикали.

Global Default – устанавливает параметры графика по умолчанию. Фиксация установленных параметров производится выполнением команды Done меню (выделить светом и нажать Enter). Имена функции и аргумента вводятся в пустые квадратики посередине вертикальной и горизонтальной осей соответственно. Нижний и верхний пределы изменения аргумента и функции вводятся на соответствующих осях нижний (нижний предел) и верхний (верх-

ний предел) квадратики. Если эти пределы не задавать, то они будут равны соответственно минимальному и максимальному значениям аргумента и функции. На одном графике можно построить несколько зависимостей, в этом случае их имена в квадратиках вводятся через запятую. Линии при этом будут изображаться разными цветами.

Библиографический список

1.Панюшкин Н. Н. Физика полупроводников и полупроводниковые приборы [Текст]: учеб. пособие /Н.Н. Панюшкин – Воронеж: ВГЛТА, 2005. – 131 с.

2.Ефимов, И.Е. Микроэлектроника [Текст] / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. – М.: Высш. шк., 1987. – 416 с.

3.Прянишников, В.А. Электроника [Текст]. Курс лекций./В.А. Прянишников. -СПб: Корона-принт, 1998.– 154 с.

4.Лачин, В.И., Электроника [Текст] / В.И.Лачин, Н.С.Савелов. - Ростов-на Дону: Феникс, 2001.– 448 с.

5.Ашкрофт, М., Физика твердого тела. Т.1.2/ М. Ашкрофт, Н. Мермин. – М.: Мир 1979. .– 247 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Учебное издание

Панюшкин Николай Николаевич, Панюшкин Алексей Николаевич

Физические основы промышленной электроники

Лабораторный практикум

Редактор Е.Н.Зяблова

Подписано в печать. 5.02.07. Формат 60×84 1/16.Заказ № Объем 2,94 п.л. Усл.п.л. – 2,74 Уч.-изд. л. – 3,34 Тираж 150 экз.

ГОУ ВПО ”Воронежская государственная лесотехническая академия” РИО ГОУ ВПО ”ВГЛТА”. 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в ИП Хасанова И.Б. 394087, г. Воронеж, ул. Ломоносова, 87.