1 priedas · Web viewElektronikos pagrindų laboratoriniai darbai turi padėti studentams įsisavinti paskaitų medžiagą, įgyti eksperimentinio darbo įgūdžių ir taikyti teoriją

VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS

S. Štaras, A. Geižutis, Š. Paulikas

ELEKTRONIKOS PAGRINDAI

Laboratorinių darbų metodikos nurodymai

Vilnius “Technika” 2001

UDK 621.382(075.8)

S. Štaras, A. Geižutis, Š. Paulikas. Elektronikos pagrin-dai. Laboratorinių darbų metodikos nurodymai. V.: Technika, 2001. 72 p.

Leidinys skirtas Elektronikos fakulteto studentams, studijuo-jantiems elektronikos pagrindų kursą. Jame pateikiami Elektronikos pagrindų kurso (studijų moduliai Elektronikos pagrindai – 1 ir Elektronikos pagrindai – 2) laboratorinių darbų metodiniai nurodymai.

Leidinį rekomendavo VGTU Elektronikos fakulteto studijų komitetas.

Recenzavo habil. dr. prof. R.Kirvaitis ir doc. dr. V.Urbanavičius.

© S. Štaras, A. Geižutis, Š. Paulikas

2

Turinys

Įvadas...........................................................................................4Elektrosaugos patarimai...............................................................51. Procesų ir elektronikos įtaisų modeliavimas...........................62. Mikrodalelės savybių analizė..................................................83. Pasiskirstymo funkcijų tyrimas..............................................124. Puslaidininkių krūvininkų koncentracijų analizė...................155. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų skaičiavimas ir analizė........................................................................................196. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų eksperimentinis tyrimas.......................................................................................227. pn sandūrų talpų tyrimas........................................................278. MOP darinių tyrimas.............................................................339. Tunelinio diodo tyrimas.........................................................3810. Dvipolio tranzistoriaus tyrimas............................................4211. Lauko tranzistoriaus tyrimas................................................4612. Diodų ir tranzistorių veikimo elektroninėse grandinėse modeliavimas.............................................................................5013. Tiristorinio optrono tyrimas.................................................5414. Puslaidininkinių integrinių grandynų gamybos procesų modeliavimas.............................................................................5815. Puslaidininkinių integrinių grandynų elementų tyrimas......6216. Paviršinių akustinių bangų įtaisų modeliavimas..................65Literatūra....................................................................................71A priedas. Laboratorinio darbo ataskaitos pavyzdys.................71B priedas. Fizikinės konstantos ir kitos žinios...........................72C priedas. Puslaidininkių parametrai 300 K temperatūroje.......72

3

Įvadas

Elektronikos pagrindų laboratoriniai darbai turi padėti studentams įsisavinti paskaitų medžiagą, įgyti eksperimentinio darbo įgūdžių ir taikyti teoriją sprendžiant praktinius uždavinius. Konkretus kiekvieno laboratorinio darbo tikslas pateikiamas jo aprašyme.

Laboratorinis darbas susideda iš kelių etapų.

1. Ruošdamasis laboratoriniam darbui, studentas turi susipažinti su laboratorinio darbo tikslu ir atlikti užduotis, kurios numatytos darbo aprašymo atitinkamame skyriuje.

2. Laboratorijoje atliekami visi užduotyje nurodyti skaičiavimai ir matavimai. Pagal juos milimetriniame popieriuje arba kompiuteriu braižomos kreivės ar grafikai.

Darbo rezultatai parodomi dėstytojui. Skaičiavimai ir matavimai laikomi baigtais tada, kai dėstytojas patvirtina gautus rezultatus. Tik po to matavimo grandinė išardoma.

Laboratorinio darbo metu būtina laikytis darbo saugos ir laboratorijos vidaus tvarkos taisyklių. Laboratorinis darbas gali būti atliekamas tik leidus dėstytojui ir jam esant laboratorijoje.

3. Kiekvienas studentas rengia laboratorinio darbo ataskaitą. Ataskaitoje turi būti visi darbo aprašyme numatyti punktai. Nespėjęs užbaigti ataskaitos laboratorijoje, studentas privalo ją užbaigti iki kito užsiėmimo laboratorijoje.

Ataskaitos pradinės dalies pavyzdys pateiktas A priede.

Laboratoriniai darbai atliekami pagal semestro pradžioje paskelbtą tvarkaraštį.

Studento darbas pagal laboratorinių darbų programą vertinamas pažymiu, nuo kurio priklauso galutinis Elektronikos pagrindų egzamino pažymys.

4

5

Elektrosaugos patarimai

Dirbant su elektra, galima gauti elektros smūgį. Kad taip neatsitiktų, prieš pradedant darbą būtina apsvarstyti pavojaus laipsnį ir pasirinkti saugos priemones. Dirbant būtina laikytis elektrosaugos taisyklių, dirbti atsargiai, susikaupus, ugdyti saugaus darbo įgūdžius.

Keli svarbūs patarimai: 1. Nedirbkite vienas. Būkite pasirengęs gelbėti bendradarbį, jeigu

įvyktų nelaimė.2. Naudokite tik techniškai tvarkingus prietaisus ir įrankius.3. Prieš naudodami prietaisą, pagalvokite ir patikrinkite, ar jis

saugus. Naudokite trijų laidų tinklo maitinimo kabelius. Prietaisų su dvilaidžiais maitinimo kabeliais metaliniai korpusai turi būti įžeminti.

4. Dirbkite viena ranka. Kita ranka nelieskite metalinių paviršių.5. Būkite atsargūs naudodami įrankius ir kitas priemones, kurios gali

sukelti trumpąjį jungimą.6. Jeigu reikės atlikti litavimą arba laidų montavimą (kirpti laidus),

užsidėkite apsauginius akinius. 7. Jeigu jūsų bendradarbis atsidurtų pavojuje, nedelsdamas išjunkite

laboratorijos maitinimą. Gelbėdamas nukentėjusį, veikite ryžtin-gai, bet apgalvotai, kad nenukentėtumėte pats.

8. Niekada neišdykaukite, kai kitas žmogus dirba su elektra.

Gerbkite saugaus darbo taisykles. Tobulinkite elektrosaugos žinias ir įgūdžius.

Kai dirbate su elektra, klaida gali būti lemtinga – suklydęs Jūs galite nebeturėti galimybės ją ištaisyti!

6

1. Procesų ir elektronikos įtaisų modeliavimas


1.1. Darbo tikslasSusipažinti su elektronikos įtaisų, puslaidininkinių darinių ir

procesų modeliavimo principais taikant tipinius programų paketus. Išmokti naudotis programų paketu.

1.2. Modeliavimo principai. Programų paketaiTaikant matematinius modelius galima pilniau ir giliau ištirti

procesų ir įvairių įtaisų savybes.Kai sudarytas proceso ar įtaiso matematinis modelis, skai-

čiavimams galima panaudoti tipinius programų paketus (EXCEL, MATLAB, MATHCAD ir kt.).

Šio laboratorinio darbo tikslas yra susipažinti su tipinio programų paketo taikymu. Įgytomis žiniomis teks remtis atliekant kitus laboratorinius darbus.

1.3. Laboratorijoje:1. Sekdami dėstytoju:

a) Sudarykite funkcijos skaičiavimo programą. Čia – argumentas, a ir b – parametrai. Paėmę pradinius duomenis iš 1.1 lentelės, atlikite skaičiavimus.

b) Kompiuterio ekrane sudarykite kreivių ir grafiką. Įterpkite grafiko vardą, ašių pavadinimus, žinias apie

1.1 lentelė

Variantas a b x1 kreivė (y1) 1 5 [1, 10], žingsnis: 12 kreivė (y2) 0,5 1 [1, 10], žingsnis: 1

7


kreivių parametrus, parinkite linijų tipą, storį, raidžių dydžius ir t.t.

2. Sudarykite perdavimo funkcijos skaičiavimo programą pagal 1.2 lentelėje duotą jos matematinį modelį (variantą nurodys dėstytojas). Įvesdami nurodytas parametro reikšmes, atlikite skaičiavimus.

1.2 lentelė

Matematinis modelis

1 2 4 [0, 2],žingsnis: 0,1

1 2 3 [0, 1],žingsnis: 0,01

0,5 1 2 [0, 2],žingsnis: 0,1

1 1,5 2 [0, 1],žingsnis: 0,01

0,5 1 2 [0, 2],žingsnis: 0,05

3. Kompiuterio ekrane sudarykite funkcijų , , grafiką.

4. Išnagrinėkite rezultatus ir parenkite ataskaitą.

1.3. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.4. Grafikai.5. Išvados (aptarkite parametro įtaką perdavimo funkcijai ).

8

2. Mikrodalelės savybių analizė


2.1. Darbo tikslasMikrodalelės savybių modeliavimas ir analizė.

2.2. Teorija ir pagrindinės formulėsMikrodalelės pasižymi banginėmis savybėmis. Mikrodalelę

atitinka de Broilio banga, kurios dažnis ir bangos ilgis išreiškiami formulėmis:

, (2.1). (2.2)

Čia – Planko konstanta; W – dalelės energija, p – jos impulsas.Laisvosios mikrodalelės energijos spektras yra ištisinis. Jos

kinetinė energija

;

(2.3)čia yra bangos skaičius; ; – mikrodalelės masė.

Mikrodalelė gali atsispindėti nuo žemo potencialo barjero. Atspindžio nuo žemo ir be galo plataus potencialo barjero (2.1 pav., a) koeficientas išreiškiamas formule:

; (2.4)

čia ir – bangos skaičiai, – mikrodalelės pradinė kinetinė energija (prieš susiduriant su barjeru),

– mikrodalelės kinetinė energija barjero srityje, – barjero aukštis.

Mikrodalelė, kaip de Broilio banga, atsispindi nuo žemo be galo plataus potencialo barjero arba jį įveikia. Barjero skaidrumo koeficientas išreiškiamas formule .

9


Jeigu žemas barjeras yra baigtinio pločio (2.1 pav., b), jo skaidrumo koeficientas

.

(2.5)Mikrodalelė gali prasiskverbti per aukštą, bet ploną potencialo

barjerą. Tai – tunelinis reiškinys.Aukšto stačiakampio barjero (pav. 2.2, a) skaidrumo koeficientas

.(2.6)Čia yra artimas vienetui proporcingumo koeficientas,

2.1 pav. Žemas be galo platus (a) ir žemas baigtinio pločio d (b) potencialo barjerai, su kuriais susiduria mikrodalelė M

10


Jei barjeras trikampis (2.2 pav., b), skaidrumo koeficientas išreiš-kiamas formule:

.(2.7)Aukštą trikampį barjerą gali sutikti elektronai pn sandūros srityje.

Tokio barjero plotis d priklauso nuo pn sandūroje veikiančio elektrinio lauko:

;(2.8)

čia – elektrono krūvio absoliutinė vertė, – elektrinio lauko stiprumas pn sandūros nuskurdintajame sluoksnyje.

Potencialo duobėje esančios mikrodalelės energijos spektras yra diskretinis. Kai mikrodalelė yra vienmatėje be galo gilioje stačiakampėje duobėje, jos energijos leidžiamosios reikšmės priklauso nuo bangos skaičiaus n :

; (2.9)

čia yra duobės plotis, – mikrodalelės masė, n 1; 2; 3;…

2.3. Pasirengimas darbui: Naudodamiesi paskaitų konspektu ir literatūra [1, p. 7–25],

išnagrinėkite mikrodalelių ir atomų elektronų savybes.

2.2 pav. Stačiakampis (a) ir trikampis (b) aukšti barjerai

11


Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Nuo ko ir kaip priklauso mikrodalelę atitinkančios de Broilio

bangos ilgis?2. Nuo ko ir kaip priklauso de Broilio bangos dažnis?3. Paaiškinkite neapibrėžtumo sąryšių esmę.4. Kokia mikrodalelės klasikinių parametrų neapibrėžtumo priežas-

tis? 5. Kokią informaciją apie mikrodalelę teikia banginės funkcijos

amplitudė?6. Kas įvyksta mikrodalelei susidūrus su žemu potencialo barjeru?7. Kas įvyksta, kai mikrodalelė sutinka aukštą potencialo barjerą? 8. Kokiomis sąlygomis pasireiškia tunelinis efektas?9. Kuo skiriasi laisvosios mikrodalelės ir mikrodalelės, esančios

potencialo duobėje, energijos spektrai?10. Kaip galima nusakyti elektrono būseną atome?

2.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal nurodytus pradinius duomenis ištirti mikrodalelės savybes

vienu iš šių atvejų: a) kai mikrodalelė susiduria su žemu be galo plačiu potencialo

barjeru (apskaičiuoti atspindžio koeficiento priklausomybę nuo santykio );

b) kai mikrodalelė susiduria su žemu baigtinio pločio potencialo barjeru (apskaičiuoti atspindžio koeficiento priklausomy-bes nuo , atitinkančias skirtingus barjero storius );

c) kai mikrodalelė sutinka aukštą stačiakampį barjerą (apskaičiuoti skaidrumo koeficiento priklausomybę nuo barjero pločio ir mikrodalelės masės );

d) kai mikrodalelė sutinka aukštą trikampį barjerą (apskaičiuoti skaidrumo koeficiento priklausomybę nuo barjero storio

ir mikrodalelės masės );

12


e) kai mikrodalelė yra vienmatėje be galo gilioje potencialo duobėje (apskaičiuoti mikrodalelės leidžiamųjų energijos reikšmių priklausomybes nuo duobės pločio ).

3. Atlikus skaičiavimus, sudaryti ir nubraižyti grafikus, išnagrinėti ir paaiškinti gautus rezultatus.

4. Parengti ataskaitą.

2.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.4. Grafikai.5. Išvados.

13

3. Pasiskirstymo funkcijų tyrimas


3.1. Darbo tikslasMetalų ir puslaidininkių laisvųjų elektronų savybių ir pasi-

skirstymo funkcijų analizė.

3.2. Teorija ir pagrindinės formulėsDalelių sistemų savybėms tirti taikomi statistikos metodai. Nagrinėjant metalo laisvųjų elektronų savybes taikoma kvantinė

Fermio ir Dirako statistika. Leidžiamųjų energijos lygmenų tankis išreiškiamas formule:

;

(3.1)čia – energija, – energija, atitinkanti laidumo juostos dugną, – Planko konstanta, – turis, – elektrono masė.

Fermio ir Dirako pasiskirstymo funkcija, aprašanti tikimybę, kad kvantinė būsena užpildyta elektronų, išreiškiama formule:

.

(3.2)Čia – Fermio energija; – Bolcmano konstanta, –

absoliučioji temperatūra.Metalo laisvųjų elektronų pasiskirstymas pagal energijas

aprašomas formule

.

(3.3)

14


Kai tenkinama sąlyga , laisvųjų elektronų sistema yra neišsigimusi ir jai galioja klasikinė Maksvelo ir Bolcmano statistika. Įrodoma kad

.

(3.4)Čia – laisvųjų elektronų koncentracija.Atsižvelgiant į (3.4), neišsigimusio puslaidininkio laisvųjų

elektronų pasiskirstymas aprašomas formule:

.

(3.5)Čia – laisvųjų elektronų kinetinė energija.Integruojant pasiskirstymo funkciją, galima rasti skaičių dalelių,

kurių kinetinė energija didesnė nei :

;

(3.6)čia – bendras dalelių skaičius sistemoje.

Jeigu , tai .


išnagrinėkite statistinės fizikos principus, pasiskirstymo funkcijas ir metalų bei puslaidininkių elektronų savybes.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kokia statistika nagrinėja metalo laisvuosius elektronus?2. Kokios statistikos dėsningumai galioja neišsigimusiai mikro-

dalelių sistemai?3. Kokia statistika taikoma grynojo puslaidininkio elektronams?

15


4. Kokia sandaugos prasmė? Čia – dalelių pasiskirstymo pagal energijas funkcija, dW – energijos intervalas nuo W iki W+dW.

5. Užrašykite Fermio ir Dirako pasiskirstymo išraišką ir nubrėžkite funkcijos grafiką.

6. Kokia Fermio ir Dirako pasiskirstymo funkcijos prasmė?7. Paaiškinkite Fermio energijos prasmę.8. Užrašykite ir paaiškinkite mikrodalelių sistemos neišsigimimo

sąlygą.9. Kokiomis sąlygomis laisviesiems kietojo kūno elektronams

galioja klasikinės statistikos dėsningumai?10. Kaip kinta neišsigimusios sistemos dalelės vidutinė energija,

kylant temperatūrai?

3.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal nurodytus pradinius duomenis atlikti vieną iš šių užduočių:

a) apskaičiuoti Fermio ir Dirako pasiskirstymo funkciją skirtingose temperatūrose;

b) apskaičiuoti metalo laisvųjų elektronų pasiskirstymus pagal energijos reikšmes skirtingose temperatūrose;

c) apskaičiuoti grynojo puslaidininkio laisvųjų elektronų pasiskirstymus pagal energijos reikšmes skirtingose tempe-ratūrose;

d) apskaičiuoti neišsigimusio priemaišinio puslaidininkio Fermio lygmens priklausomybę nuo temperatūros, kai laisvųjų elektronų koncentracija pastovi;

e) apskaičiuoti puslaidininkio elektronų, kurių kinetinė energija didesnė nei , koncentracijos priklausomybes nuo ir temperatūros .

3. Atlikus reikalingus skaičiavimus, sudaryti grafikus, išnagrinėti ir paaiškinti gautus rezultatus.


16


3.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.4. Grafikai.5. Išvados.

17

4. Puslaidininkių krūvininkų koncentracijų analizė


4.1. Darbo tikslasFizikinių procesų, lemiančių krūvininkų koncentraciją puslai-

dininkiuose, analizė. Krūvininkų koncentracijų priklausomybių nuo priemaišų, temperatūros ir puslaidininkio parametrų tyrimai.

4.2. Teorija ir pagrindinės formulės4.2.1. Grynajame puslaidininkyje laisvųjų elektronų koncentracija

ni lygi skylių koncentracijai pi :.

(4.1)Čia

, (4.2)

, (4.3)

– efektinis laidumo juostos būsenų (energijos lygmenų) tankis, – efektinis valentinės juostos lygmenų tankis, – draudžiamo-

sios energijos juostos plotis, – Bolcmano konstanta, – absoliučioji temperatūra, – Planko konstanta, – efektinė elektrono masė, – efektinė skylės masė.

4.2.2. Elektronų koncentracija donoriniame puslaidininkyje žemų temperatūrų srityje (iki temperatūros TS) išreiškiama formule:

,(4.4)

čia – donorinių priemaišų koncentracija, – priemaišinio atomo jonizacijos energija.

Vidutinių temperatūrų srityje laisvųjų elektronų koncentracija donoriniame puslaidininkyje lygi donorinių priemaišų koncentracijai:

18


. (4.5)Aukštų temperatūrų srityje (kai ) donorinį puslaidininkį

galima laikyti grynuoju: jame savųjų krūvininkų koncentracija viršija priemaišinių elektronų koncentraciją .

Temperatūras ir galima apskaičiuoti pagal formules:

ir .

(4.6)4.2.3. Skylių koncentracija akceptoriniame puslaidininkyje skai-

čiuojama pagal formules (4.1)–(4.6), tik vietoje reikia rašyti , vietoje – akceptorinių priemaišų koncentraciją .

4.2.4. Šalutinių krūvininkų koncentracija priemaišiniame puslai-dininkyje randama, remiantis veikiančiųjų masių dėsniu:

. (4.7)4.2.5. n puslaidininkyje Fermio lygmuo vidutinių temperatūrų

srityje esti virš draudžiamosios juostos vidurio. Atstumas tarp laidumo juostos dugno ir Fermio lygmens išreiškiamas formule:

.

(4.8)4.2.6. p puslaidininkyje Fermio lygmuo vidutinių temperatūrų

srityje esti žemiau draudžiamosios juostos vidurio. Fermio lygmens nuotolis nuo valentinės juostos viršaus išreiškiamas formule:

.

(4.9)4.2.7 Atliekant skaičiavimus reikalingi puslaidininkinių medžiagų

ir priemaišų parametrai pateikti 4.1 ir 4.2 lentelėse.

19



išnagrinėkite fizikinius procesus, lemiančius krūvininkų koncentraciją puslaidininkiuose. Išnagrinėkite, kaip krūvininkų koncentracija priklauso nuo priemaišų, temperatūros ir puslaidininkių parametrų.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:

20


4.1 lentelė

Puslaidininkis Kristalo gardelė Draudžiamosios juostos plotis / eV

GeSi

GaAsInP

Deimanto tipoDeimanto tipoCinko blizgioCinko blizgio

0,671,121,43 1,29

4.2 lentelė

Medžiaga Priemaiša Jonizacijos energija germanyje eV

Jonizacijos energija silicyje / eV

BAlGaInP

AsSb

AAAADDD

0,01040,01020,01080,0112

–––

––––

0,01200,01270,0096

0,0450,0570,0650,072

–––

––––

0,0440,0490,039

1. Kokie krūvininkai lemia grynojo puslaidininkio laidumą?2. Kaip kinta krūvininkų koncentracija grynajame puslaidininkyje

kylant temperatūrai?3. Kokie krūvininkai atsiranda yrant kovalentiniams ryšiams?4. Kokie krūvininkai atsiranda vykstant donorinių priemaišų atomų

jonizacijai?5. Ar normalioje temperatūroje donoriniai lygmenys užimti?6. Aptarkite Fermio lygmens padėtį donoriniame puslaidininkyje

normalioje temperatūroje.7. Ar normalioje temperatūroje akceptoriniai lygmenys užimti elekt-

ronų?8. Kokią padėtį užima Fermio lygmuo akceptoriniame puslai-

dininkyje normalioje temperatūroje?

21


9. Kas lemia pagrindinių krūvininkų koncentraciją priemaišiniame puslaidininkyje normalioje temperatūroje?

10. Nuo ko ir kaip priklauso šalutinių krūvininkų koncentracija normalioje temperatūroje? Kaip ji priklauso nuo temperatūros?

4.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal nurodytus pradinius duomenis:

a) apskaičiuoti dviejų puslaidininkių, besiskiriančių draustinės juostos pločiu, savųjų krūvininkų koncentracijų priklau-somybes nuo temperatūros;

b) apskaičiuoti pagrindinių ir šalutinių krūvininkų koncentracijų priklausomybes nuo temperatūros, kai skirtingos puslai-dininkio priemaišų koncentracijos;

c) apskaičiuoti pagrindinių ir šalutinių krūvininkų koncentracijų priklausomybes nuo temperatūros puslaidininkiuose, legiruo-tuose skirtingomis to paties tipo priemaišomis, kai priemaišų koncentracijos vienodos;

d) apskaičiuoti n puslaidininkio Fermio lygmens priklausomy-bes nuo temperatūros, kai skirtingos priemaišų koncentra-cijos;

e) apskaičiuoti p puslaidininkio Fermio lygmens priklausomy-bes nuo temperatūros, kai skirtingos priemaišų koncentra-cijos.

3. Atlikus reikalingus skaičiavimus, sudaryti grafikus, išnagrinėti ir paaiškinti gautus rezultatus.


4.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslai.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.4. Grafikai.5. Išvados.

22

5. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų analizė

5. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų skaičiavimas ir analizė

5.1. Darbo tikslasIšsiaiškinti procesus, vykstančius pn sandūroje, ištirti pn sandūros

voltamperinės charakteristikos (VACH) priklausomybę nuo temperatūros, sandūros ploto ir puslaidininkio medžiagos.

5.2. Teorija ir pagrindinės formulės5.2.1. Idealios pn sandūros (idealaus diodo) VACH išreiškiama

formule: (5.1)

Čia – srovė, – pn sandūros atbulinė soties srovė, – prie sandūros prijungta įtampa, – elektrono krūvio absoliutinė vertė, – Bolcmano konstanta, – absoliučioji temperatūra.

5.2.2. Realaus diodo VACH tiesioginė šaka aprašoma formule:

.

(5.2)Čia – p ir n sričių varža.5.2.3. Realaus diodo VACH atbulinė šaka aprašoma formule:

. (5.3)

Čia – nuotėkio varža.5.2.4. pn sandūros soties srovė išreiškiama formule:

,

(5.4)

23


čia – pn sandūros plotas, – savųjų krūvininkų koncentracija, ir – elektronų ir skylių difuzijos koeficientai, ir – elektronų ir skylių difuzijos nuotoliai, ir – donorinių ir akceptorinių priemaišų koncentracijos atitinkamai n ir p srityse.

5.2.5. Pagal (5.1)–(5.4) lygtis, pn sandūros VACH priklauso nuo puslaidininkio parametrų, legiravimo laipsnio, sandūros ploto bei temperatūros.

5.3. Pasirengimas darbui: Naudodamiesi paskaitų konspektu bei literatūra [1, p. 83–112],

išsiaiškinkite, nuo ko, kaip ir kodėl priklauso pn sandūros VACH. Pasirenkite atsakyti į klausimus:1. Kas sukelia krūvininkų difuziją?2. Kokia krūvininkų dreifo priežastis?3. Kokie krūvininkai (pagrindiniai ar šalutiniai) sukuria tiesioginę

pn sandūros srovę?4. Kokie krūvininkai (pagrindiniai ar šalutiniai) sukuria atbulinę

srovę per idealią pn sandūrą?5. Kaip pn sandūros vidinis elektrinis laukas veikia pagrindinius ir

šalutinius krūvininkus?6. Nubraižykite pn sandūros energijos lygmenų diagramą pusiau-

svyros būsenoje.7. Nubraižykite pn sandūros energijos lygmenų diagramą, kai pri-

jungta tiesioginė įtampa.8. Kaip kinta sandūros potencialinio barjero aukštis, didėjant

atbulinei pn sandūros įtampai?9. Nubraižykite pn sandūros energijos lygmenų diagramą, kai

prijungta atbulinė įtampa.10. Nubraižykite realaus puslaidininkinio diodo ekvivalentinę schemą

nuolatinei srovei.11. Paaiškinkite p ir n sričių varžos įtaką puslaidininkinio diodo

VACH.12. Paaiškinkite nuotėkio varžos įtaką puslaidininkinio diodo VACH.

24


13. Išvardinkite realios pn sandūros atbulinės srovės dedamąsias. Paaiškinkite jų prigimtį.

14. Kaip atbulinė pn sandūros srovė priklauso nuo atbulinės įtampos?15. Kaip pn sandūros srovė priklauso nuo temperatūros? Kodėl?

5.4. Laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal pateiktus pradinius duomenis modeliuoti pn sandūros

VACH:a) apskaičiuoti pn sandūros VACH dviejose skirtingose

temperatūrose;b) apskaičiuoti dviejų skirtingo ploto pn sandūrų VACH;c) apskaičiuoti pn sandūros VACH, kai skirtingos priemaišų

koncentracijos;d) apskaičiuoti VACH pn sandūrų, pagamintų iš dviejų

skirtingų puslaidininkių;e) apskaičiuoti idealios pn sandūros VACH ir realios pn

sandūros VACH (įvertinant varžas ir ).3. Atlikus reikalingus skaičiavimus, sudaryti grafikus, išnagrinėti ir

paaiškinti gautus rezultatus.4. Parengti ataskaitą.

5.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.4. Grafikai.5. Išvados (paaiškinkite tirtą faktorių įtaką pn sandūros VACH).

25

7. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų tyrimas

6. pn sandūrų voltamperinių charakteristikų eksperimentinis tyrimas

6.1. Darbo tikslasIšmokti matuoti puslaidininkinių diodų voltamperines charak-

teristikas (VACH). Išsiaiškinti, kaip pn sandūrų VACH priklauso nuo diodų paskirties ir puslaidininkių parametrų.

6.2. TeorijaVeikiant tiesioginei įtampai, pn sandūra praleidžia srovę. Veikiant

atbulinei įtampai, per sandūrą teka silpna atbulinė srovė. Atbulinė srovė staiga stiprėja, prasidėjus pn sandūros pramušimui.

pn sandūros atbulinė soties srovė priklauso nuo šalutinių krūvininkų koncentracijos. Įrodoma, kad

.

Taigi soties srovė ir pn sandūros VACH priklauso nuo draustinės juostos pločio , sandūros temperatūros T, legiravimo laipsnio ( ir ) ir, be abejo, nuo sandūros ploto .


išnagrinėkite vykstančius pn sandūroje procesus ir išsiaiškinkite, nuo ko, kaip ir kodėl priklauso pn sandūros VACH .

Išnagrinėkite šio darbo punktą “6.4. Laboratorijoje”. Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kokie yra staigiosios pn sandūros požymiai? Nubraižykite ir

paaiškinkite priemaišų ir krūvininkų pasiskirstymo staigiojoje simetrinėje pn sandūroje grafikus.

2. Paaiškinkite, kaip pn sandūroje atsiranda erdviniai krūviai ir susikuria vidinis elektrinis laukas. Nurodykite lauko kryptį.

26


3. Nubraižykite pn sandūros energijos lygmenų diagramą. Kaip ši diagrama priklauso nuo išorinės įtampos?

4. Išvardinkite sroves, tekančias per pn sandūrą pusiausvyros būsenoje. Paaiškinkite šių srovių prigimtį.

5. Išvardinkite puslaidininkinio diodo atbulinės srovės dedamąsias ir nurodykite jų prigimtį.

6. Paaiškinkite, kaip diodo VACH priklauso nuo puslaidininkio parametrų.

7. Paaiškinkite, kaip diodo VACH priklauso nuo temperatūros. 8. Išvardinkite pn sandūrų pramušimų tipus. Paaiškinkite (tunelinio,

griūtinio, šiluminio, paviršinio) pramušimo fizikinį mechanizmą.9. Kokio pramušimo atveju pn sandūroje įvyksta negrįžtami

procesai?10. Paaiškinkite, kaip ir kodėl (griūtinio, tunelinio) pramušimo

įtampa priklauso nuo temperatūros . 11. Kokių puslaidininkinių prietaisų veikimas pagrįstas tuneliniu

(griūtiniu) pramušimu? Kam šie prietaisai skirti? 12. Kodėl diodo VACH tiesioginei ir atbulinei šakoms matuoti

naudojamos skirtingos schemos (6.1 ir 6.2 pav.)? Kodėl, kai įjungtas mikroampermetras, neleistina jungiklį SW1 jungti į dešiniąją padėtį?

6.4. Laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą. 2. Susipažinti su laboratoriniu maketu ir matavimo prietaisais.

Dėmesio! Prieš pradėdami bet kuriuos matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) pasukite kintamųjų rezistorių R2 ir R3 valdymo rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Šio laboratorinio darbo atveju: diodų maksimali srovė = 5 mA, maksimali atbulinė įtampa = 30 V.

3. Išmatuoti diodų D312 ir D503A VACH tiesiogines šakas. Tam sujunkite 6.1 paveiksle atvaizduotą grandinę.

27


Jungiklį SW1 perjunkite į dešiniąją padėtį, kintamųjų rezistorių R2 ir R3 valdymo rankenėles pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę.Maitinimo įtampą junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę. Po bet kokių pakeitimų matavimo grandinėje nejunkite maiti-nimo įtampos, kol dėstytojas nepatikrins grandinės!Didinkite srovę ir fiksuokite diodo tiesioginės srovės ir tiesioginės įtampos vertes. Matavimų rezultatus surašykite į lentelę.

6.1 lentelė. VACH tiesioginės šakos matavimo rezultatai

IF / mA UF / VDiodas D312 Diodas D503A

0,512345

4. Išmatuoti diodų D312 ir D503A VACH atbulines šakas.

6.1 pav. VACH tiesioginės šakos matavimo grandinė

28


Tam tikslui sujunkite 6.2 paveiksle atvaizduotą grandinę.Laboratorinio maketo perjungiklį SW1 perjunkite į kairiąją padėtį, nes kitaip bus sugadintas mikroampermetras. Kintamųjų rezistorių R2 ir R3 valdymo rankenėles pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę.Didinkite įtampą ir fiksuokite diodo atbulinės srovės ir atbu-linės įtampos vertes. Matavimų rezultatus 5rašykite į lentelę.

6.2 lentelė. VACH atbulinės šakos matavimo rezultatai

UR / V IR / mADiodas D312 Diodas D503A

1235102030

5. Išmatuoti stabilitronų 2C133A, 2C156A ir D810 VACH.

6.2 pav. VACH atbulinės šakos matavimo grandinė

29


Matavimams panaudokite 6.2 paveiksle atvaizduotą grandinę, tik mikroampermetrą pakeiskite miliampermetru, o voltmetrą junkite už miliampermetro (kaip 6.1 paveiksle).Prieš pradėdami matavimus, kintamųjų rezistorių R2 ir R3 valdymo rankenėles pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę.Didindami srovę, fiksuokite stabilitrono srovės ir įtampos vertes. Matavimų rezultatus surašykite į lentelę.

6.3 lentelė. Stabilitronų VACH matavimo rezultatai

I / mA U / VDiodas 2C133A Diodas 2C156A Diodas 810

0,512345

6. Sudaryti diodų ir stabilitronų VACH grafikus.Tirtų diodų VACH vaizduokite viename grafike. Parinkite tinkamus tiesioginių ir atbulinių VACH šakų mastelius. Kitame grafike atvaizduokite stabilitronų charakteristikas.Apsvarstykite darbo rezultatus. Jeigu reikia, pakartokite matavimus.


6.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Matavimų rezultatai (1–3 lentelės).3. VACH grafikai.4. Išvados (paaiškinkite VACH eigą, palyginkite tirtų įtaisų

charakteristikas ir paaiškinkite, kodėl jos skiriasi).

30

7. pn sandūrų talpų tyrimas


7.1. Darbo tikslasIšsiaiškinti pn sandūros barjerinės ir difuzinės talpų prigimtį,

išnagrinėti, nuo ko, kaip ir kodėl jos priklauso. Atlikti barjerinės talpos eksperimentinius tyrimus.

7.2. Teorija ir pagrindinės formulėsKai veikia atbulinė įtampa, pn sandūrą galima modeliuoti

plokščiuoju kondensatoriumi. Staigiosios pn sandūros nuskurdintojo sluoksnio storis (kondensatoriaus dielektriko storis) išreiškiamas formule:

;

(7.1)čia ir – sandūros nuskurdintojo sluoksnio storiai n ir p srityse,

– puslaidininkio dielektrinė skvarba, q – skylės krūvis, –kontaktinis potencialų skirtumas tarp pn sandūros sričių, – atbulinė įtampa, ir – priemaišų koncentracijos n ir p srityse.

pn sandūros barjerinė talpa išreiškiama formule:

;

(7.2)čia – pn sandūros plotas.

Taigi pn sandūros barjerinė talpa priklauso nuo sandūros ploto, atbulinės įtampos, puslaidininkio parametrų ir priemaišų koncent-racijų.

Veikiant tiesioginei įtampai, elektronai injektuojami į p sritį, skylės – į n sritį, todėl jose atsiranda nepusiausvirieji erdviniai krūviai.

31


Šie krūviai priklauso nuo įtampos. Todėl pasireiškia pn sandūros difuzinė talpa.

Difuzinė talpa išreiškiama formule:; (7.3)

čia – Bolcmano konstanta, – absoliučioji temperatūra, – difuzinė srovė, – krūvininkų gyvavimo trukmė.

Taigi difuzinė talpa proporcinga sandūros tiesioginei srovei ir krūvininkų gyvavimo trukmei .

Visa pn sandūros talpa yra talpų ir suma: (7.4)

Kai veikia tiesioginė įtampa, barjerinė talpa esti daug mažesnė nei difuzinė talpa, todėl .

Kai veikia atbulinė įtampa, difuzinė srovė neteka. Todėl pn sandūros talpa .


išnagrinėkite pn sandūros difuzinės ir barjerinės talpų prigimtį. Išsiaiškinkite, nuo ko, kaip ir kodėl pn sandūros talpa priklauso.

Išnagrinėkite šio darbo punktą “7.4. Laboratorijoje”. Išsiaiškinkite barjerinės talpos matavimo principą (7.6 p.).

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kaip pn sandūroje pusiausvyros būsenoje atsiranda erdviniai

krūviai? Nurodykite jų poliškumą.2. Kaip pn sandūros erdvinio krūvio srities storis ir erdvinio krūvio

dydis priklauso nuo išorinės įtampos? Kodėl?3. Kaip pn sandūros erdvinio krūvio srities storis priklauso nuo

priemaišų koncentracijos? Kodėl?4. Kokia krūvių, kurie lemia pn sandūros barjerinę talpą, prigimtis?

Nurodykite šių krūvių poliškumą. 5. Nuo ko ir kaip priklauso pn sandūros barjerinė talpa? Kaip ją

galima sumažinti?

32


6. Paaiškinkite, kodėl pasireiškia pn sandūros difuzinė talpa.7. Kokie krūviai sukuria pn sandūros difuzinę talpą? Nuo ko, kaip ir

kodėl jie priklauso?8. Nuo ko ir kaip pn sandūros difuzinė talpa priklauso? Kodėl?9. Kaip galima pn sandūros difuzinę talpą sumažinti?10. Nurodykite pn sandūros talpos dedamąsias. Kokiomis sąlygomis

jos pasireiškia?11. Pateikite pn sandūros barjerinės talpos praktinio panaudojimo

pavyzdžių.12. Paaiškinkite šiame laboratoriniame darbe taikomą talpos matavi-

mo metodiką ir matavimo grandinės elementų paskirtį.

7.4. Laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Susipažinti su laboratoriniu maketu ir matavimo prietaisais.

Dėmesio! Prieš pradėdami bet kuriuos matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) kintamojo rezistoriaus R1 valdymo rankenėlę pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Šiame laboratoriniame darbe tiriamų diodų maksimali atbulinė įtampa =10 V .

7.1 pav. Barjerinės talpos matavimo grandinė

33


3. Sujungti 7.1 paveiksle atvaizduotą grandinę.Nuolatinės maitinimo įtampos šaltinio įtampa turi būti +20 V. Harmoninių virpesių generatoriaus išėjimo įtampos dažnis turi būti 100 kHz, amplitudė – 200 mV. Maitinimo įtampą junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę. Po bet kokių pakeitimų matavimo grandinėje nejunkite maitinimo įtampos, kol dėstytojas nepatikrins grandinės!

4. Išmatuoti gradavimo kreivę.Junkite žinomų talpų kondensatorius prie laboratorinio maketo gnybtų Cx. Fiksuokite kintamosios išėjimo įtampos vertes (kintamosios įtampos milivoltmetro rodmenis). Atlikdami matavimus, stebėkite, kad generatoriaus išėjimo įtampos dažnis ir amplitudė būtų pastovūs. Nekeiskite maketo ir laidų padėties, tai leis padidinti matavimų tikslumą.Matavimų rezultatus surašykite į lentelę. Nubraižykite gradavimo kreivę .

7.1 lentelė. Gradavimo kreivės matavimo rezultatai

Cg / pF UIŠ / mV2,5410152030

5. Išmatuoti diodų D219A ir D310 barjerinės talpos priklausomybes nuo atbulinės įtampos .Prieš pradedami matavimą, kintamojo rezistoriaus R1 valdymo rankenėlę pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Prijunkite tiriamą diodą prie maketo gnybtų Cx.

34


Didinkite diodo atbulinę įtampą ir lentelėje fiksuokite kintamosios įtampos milivoltmetro rodmenis. Pagal gradavimo kreivę raskite diodo barjerinės talpos vertes, atitinkančias gautąsias įtampos vertes. Apskaičiuokite ir vertes. Užpildykite atitinkamas 7.2 lentelės skiltis.

D219A D310UR

VUIŠ

mVCd

pFCb

-2 pF-2

Cb-3

pF-3UIŠ

mVCb

pFCb

-2 pF-2

Cb-3

pF-3

0,50,71,52357

107.2 lentelė. Barjerinės talpos matavimų rezultatai

6. Nubraižyti priklausomybių , ir grafikus. Pagal grafikus nustatyti diodų sandūrų pobūdį (ar sandūra staigioji ar nuoseklioji). Rasti diodų sandūrų kontaktinių potencialų skirtumus .Apsvarstykite darbo rezultatus. Jeigu reikia, pakartokite mata-vimus.


7.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Matavimų rezultatai (lentelės ir grafikai).3. Sandūrų tipai ir kontaktinių potencialų skirtumai.4. Išvados (paaiškinkite, kodėl skiriasi diodų barjerinės talpos, kaip

ir kodėl pn sandūros barjerinė talpa priklauso nuo atbulinės

35


įtampos, kodėl skiriasi diodų kontaktinių potencialų skirtumai, pagal kokius požymius galima spręsti apie pn sandūros tipą).

7.6. pn sandūros barjerinės talpos matavimo metodika pn sandūros barjerinę talpą galima išmatuoti naudojant grandinę,

atvaizduotą 7.2 paveiksle.Pirmiausia prie šios grandinės gnybtų Cx jungiami žinomos talpos

kondensatoriai. Palaikant pastovų kintamos įtampos lygį grandinės įėjime, matuojamos žinomas talpas C atitinkančios išėjimo įtampos

vertės. Pagal gautus rezultatus sudaroma gradavimo kreivė . Po to prie gnybtų Cx jungiamas diodas, kurio pn sandūros

barjerinę talpą norima išmatuoti. Nepakeitus kintamosios įėjimo įtampos lygio ir dažnio, matuojama kintamoji išėjimo įtampa . Atitinkanti šią išėjimo įtampą talpos vertė randama pagal gradavimo kreivę.

Dėmesio! Talpą išmatuosite tiksliau, jei matavimo metu nekeisite maketo ir jungiamųjų laidų padėties.

7.2 pav. Talpos matavimo grandinės supaprastinta schema

UIN UIŠ

36

8. MOP darinių tyrimas


8.1. Darbo tikslasIšnagrinėti reiškinius puslaidininkių paviršiuje ir metalo-oksido-

puslaidininkio (MOP) dariniuose; eksperimentiškai ištirti, kaip MOP darinio talpa priklauso nuo įtampos.

8.2. Teorija ir pagrindinės formulės

MOP darinio paviršinis laidumas priklauso nuo veikian-čios įtampos (8.1 pav., a)

MOP darinys yra savotiškas kondensatorius. Jo talpa pri-klauso nuo išorinės įtampos (8.1 pav., b) bei dažnio. Kai MOP darinyje panaudotas n pus-laidininkis ir veikia įtampa, kurios teigiamas polius pri-jungtas prie metalinio elektrodo, kondensatoriaus dielektriko vaid-menį atlieka dielektriko sluoks-nis, kurio storis d (8.2 pav., a).

Jeigu veikia neigiama įtam-pa, tai kondensatoriaus dielekt-riko vaidmenį atlieka dielektriko sluoksnis kartu su nuskurdintuoju puslaidininkio sluoksniu, kurio

storis (8.2 pav., b). Didėjant įtampai, nuskurdintasis sluoksnis storėja, didėja tarpas tarp kondensatoriaus elektrodų, ir MOP darinio talpa mažėja.

8.1 pav. MOP darino laidumo (a) ir talpos (b) priklausomybės nuo įtampos

37


Susidarius inversiniam sluoksniui, MOP darinį galima nagrinėti kaip du nuosekliai sujungtus kondensatorius (8.2 pav., c). Tarpinio elektrodo vaidmenį atlieka inversinis sluoksnis. Atsiradus šiam sluoksniui, nuskurdintasis sluoksnis nebesiplečia ( ), todėl MOP darinio talpa nebekinta.

8.1 paveiksle, b, ištisine linija atvaizduotą MOP darinio voltfaradinę charakteristiką eksperimentiškai galima gauti, kai matavimo grandinėje kintamosios įtampos dažnis yra pakankamai aukštas (viršija šimtus kilohercų) ir virpesių periodas mažesnis už šalutinių krūvininkų gyvavimo trukmę. Brūkšnine linija (8.1 pav., b) atvaizduota charakteristika gaunama, kai įtampos dažnis žemas.


išnagrinėkite reiškinius, vykstančius puslaidininkio paviršiuje ir MOP dariniuose, išsiaiškinkite pagrindines MOP darinių savybes ir taikymą. Išsiaiškinkite, kaip ir kodėl MOP darinių talpa priklauso nuo įtampos.

Išnagrinėkite šio darbo punktą “8.3. Laboratorijoje”. Prisiminkite talpos matavimo metodiką, kuri aprašyta 7.6 p. Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kokie kristalinės gardelės defektai atsiranda puslaidininkio

paviršiuje?2. Kaip puslaidininkio paviršiuje susidaro nejudrūs krūviai ir kaip

jie keičia puslaidininkio savybes?

8.2 pav. MOP darinių modeliai

38


3. Paaiškinkite, kaip puslaidininkio paviršiuje susidaro praturtintasis ir nuskurdintasis bei inversinis sluoksniai.

4. Kaip puslaidininkio paviršiaus būsena atsiliepia puslaidininkinių prietaisų savybėms?

5. Kas yra lauko efektas?6. Paaiškinkite, kaip MOP darinio puslaidininkio paviršinis

laidumas priklauso nuo nuolatinės įtampos.7. Kas sudaro pilnąją MOP darinio talpą?8. Kaip ir kodėl kinta MOP darinio talpa, kai krūvininkai turtina

puslaidininkio paviršinį sluoksnį?9. Kaip ir kodėl kinta MOP darinio talpa, nuskurdinant

puslaidininkio paviršinį sluoksnį?10. Paaiškinkite MOP darinio talpos kitimą susidarant inversiniam

sluoksniui.11. Kur taikomas lauko efektas ir MOP dariniai?

8.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Susipažinti su matavimo prietaisais ir laboratoriniu maketu.

Dėmesio! Prieš pradėdami bet kuriuos matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) kintamojo rezistoriaus R1 valdymo rankenėlę pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Šiame laboratoriniame darbe MOP darinių įtampa neturi viršyti = 8 V.

3. Sujungti 8.3 paveiksle parodytą matavimo grandinę.Įjunkite maitinimo šaltinį ir nustatykite +20V įtampą. Įjunkite harmoninių virpesių generatorių ir jo išėjime nustatykite 100 kHz dažnio 200 mV įtampą.Maitinimo įtampą junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę.Po bet kokių pakeitimų matavimo grandinėje nejunkite maitinimo įtampos, kol dėstytojas nepatikrins grandinės!

39


4. Atlikti reikalingus matavimus, užpildyti lentelę ir nubrėžti grada-vimo kreivę.

8.1 lentelė. Gradavimo kreivės matavimo rezultatai

Cg / pF UIŠ / mV2.5410152030

5. Išmatuoti integrinio grandyno (IG) K1LP721 MOP darinio su silpnai legiruotu n kanalu talpos priklausomybę nuo nuolatinės įtampos.Tam, prieš pradėdami matavimus, kintamojo rezistoriaus R1 rankenėlę pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Prie gnybtų Cx prijunkite vieną iš IG K1LP721 MOP darinių. Kintamojo rezistoriaus R1 valdymo rankenėle keisdami nuolatinę įtampą

8.3 pav. Matavimo grandinė

40


kas pusę volto nuo –8V iki +8V, išmatuokite priklausomybę . Matavimo rezultatus surašykite į lentelę.

Matavimo metu nekeiskite laboratorinio maketo ir jungiamųjų laidų padėties, kitaip matavimo rezultatai bus netikslūs.Pagal gradavimo kreivę raskite ir įrašykite į lentelę MOP darinio talpos vertes, atitinkančias išmatuotas išėjimo įtampos vertes. Nubraižykite priklausomybės grafiką.

8.2 lentelė. MOP darinių talpos matavimo rezultatai

U / V IG K1LP721 Transistorius KP305UIŠ / mV CMOP / pF UIŠ / mV CMOP / pF

-8-7,5…7,58

6. Išmatuoti lauko tranzistoriaus KP305 MOP darinio su n+ kanalu priklausomybę .Matuodami šią priklausomybę, nuolatinę įtampą keiskite kas pusę volto nuo –5V iki +5V. Išmatuotas vertes ir pagal gradavimo kreivę gautas vertes surašykite į lentelę. Nubrėžkite priklausomybės grafiką.

7. Apsvarstyti darbo rezultatus. Jeigu reikia, pakartoti matavimus. Parengti ataskaitą.

8.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Matavimų rezultatai (lentelės, grafikai).

41


3. Išvados (paaiškinkite priklausomybių eigos pobūdį, išvardinkite ir paaiškinkite fizikinius procesus, vykstančius tirtose MOP dariniuose keičiant įtampą).

42

9. Tunelinio diodo tyrimas


9.1. Darbo tikslasIšnagrinėti puslaidininkinių diodų klasifikaciją, sandarą, veikimą,

charakteristikas ir parametrus. Išmokti matuoti tunelinių diodų voltamperines charakteristikas (VACH) ir parametrus.

9.2. Tunelinių diodų savybėsTunelinio diodo p ir n srityse sudaromos didelės priemaišų

koncentracijos. Todėl puslaidininkis yra išsigimęs, pn sandūra yra plona ir per ją gali tekėti papildoma srovės dedamoji – tunelinė srovė. Dėl tunelinės srovės diodo VACH turi dalį, kurioje srovė silpnėja kylant įtampai. Tada diodo diferencinė varža yra neigiama.

Tekant tunelinei srovei, pn sandūros aplinkoje nesikaupia šalutiniai krūvininkai. Todėl tuneliniams diodams būdinga didelė veikimo sparta. Jie taikomi aukštų dažnių grandinėse, mažų triukšmų mikrobangų stiprintuvuose, didelės spartos loginėse bei kitose grandinėse.


išnagrinėkite puslaidininkinių diodų klasifikaciją, darinius, veikimą, savybes ir pagrindinius parametrus.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kaip sudarytas puslaidininkinis taškinis diodas?2. Išvardinkite ir aptarkite puslaidininkinių plokštinių diodų

gamybos būdus.3. Kokie diodai vadinami planariaisiais? Aptarkite jų darinius ir

gamybą.4. Aptarkite mezadiodų darinius, gamybą ir bendrąsias savybes.5. Išvardinkite pagrindinius lygintuvinių diodų parametrus. Aptar-

kite, nuo ko jie priklauso.

43


6. Nubraižykite ekvivalentinę grandinę, kuria galima pakeisti puslaidininkinį diodą, kai per jį teka aukšto dažnio srovė.

7. Aptarkite, kas lemia diodų dažnines savybes ir kaip jas galima pagerinti.

8. Aptarkite puslaidininkinio diodo darbą impulsinę veiką.9. Kaip sudaryti tuneliniai diodai? Nubraižykite ir paaiškinkite

tunelinio diodo pn sandūros energijos lygmenų diagramą.10. Nubraižykite tunelinio diodo VACH ir paaiškinkite jos eigą.11. Ką vadina atvirkštiniu diodu? Nubraižykite ir paaiškinkite

atvirkštinio diodo pn sandūros energijos lygmenų diagramą.12. Aptarkite tunelinių ir atvirkštinių diodų taikymo sritis


Dėmesio! Prieš pradėdami bet kuriuos matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) pasukite laboratorinio maketo kintamųjų rezistorių rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Maksimali tiriamo tunelinio diodo srovė yra 10 mA.

3. Sujungti 9.1 paveiksle parodytą matavimo grandinę. Įjunkite maitinimo šaltinį ir nustatykite 9.1 paveiksle nurodytą maitinimo įtampą. Maitinimo įtampą junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę.

4. Išmatuoti tunelinio diodo VACH tiesioginę šaką.Pasukite kintamojo rezistoriaus R2 rankenėlę iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Didinkite tekančią per tunelinį diodą srovę ir matuokite srovės ir įtampos vertes. Pakartokite matavimus mažindami srovės stiprumą. Raskite VACH ekstremumų taškus ir juose išmatuokite srovės ir įtampos vertes. Taip pat išmatuokite įtampą , kai .

5. Išmatuoti tunelinio diodo VACH atbulinę šaką.

44


Pasukite kintamojo rezistoriaus R2 rankenėlę iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Įjunkite diodą atvirkščiai ir atlikite matavimus.

6. Nubraižyti tunelinio diodo VACH.7. Pakartoti tunelinio diodo VACH tiesioginės šakos matavimą, kai

lygiagrečiai diodui įjungtas 27 rezistorius R3.Pasukite rezistoriaus R2 rankenėlę iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Įjunkite tunelinį diodą tiesiogine kryptimi su lygiagrečiai prijungtu rezistoriumi. Didinkite tekančią per tunelinį diodą srovę ir matuokite srovės ir įtampos vertes. Stebėkite, kad tunelinio diodo įtampa neviršytų .Raskite tekančią per tunelinį diodą srovę :

,čia ir – voltmetro ir miliampermetro rodmenys; – rezistoriaus R3 varža.Užpildykite lentelę.Pagal matavimų ir skaičiavimų rezultatus nubrėžkite tunelinio diodo VACH tiesioginę šaką .


5 V

45


Matavimų rezultatai

I / mA U / V (U/R) / mA ID / mA0

…

8. Apskaičiuoti tunelinio diodo neigiamą diferencinę varžą:;

čia U1, I1, U2 ir I2 – įtampos ir srovės tunelinio diodo VACH ekstremumų taškuose.

9. Apsvarstyti rezultatus, formuluoti išvadas. Jei reikia, pakartokite matavimus.


9.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Matavimų rezultatai (lentelė, grafikai).3. Tunelinio diodo diferencinės varžos skaičiavimas.4. Išvados (paaiškinkite tunelinio diodo VACH eigą, jos tiesioginės

šakos matavimo ypatumus, aptarkite matavimų rezultatus bei diodo diferencinės varžos skaičiavimo rezultatą).

46

11. Dvipolio tranzistoriaus tyrimas


10.1. Darbo tikslasIšnagrinėti dvipolių tranzistorių sandarą, veikimą, jungimo

schemas, charakteristikas ir parametrus, išmokti matuoti tranzistorių statines voltamperines charakteristikas ir pagrindinius parametrus.

10.2. Dvipolių tranzistorių savybėsDvipolis tranzistorius – tai darinys, turintis dvi pn sandūras. Sritis

tarp sandūrų vadinama baze. Viena kraštinė sritis (labiau legiruota) vadinama emiteriu, kita – kolektoriumi.

Galimos trys dvipolio tranzistoriaus jungimo schemos: bendrosios bazės (BB), bendrojo emiterio (BE) ir bendrojo kolektoriaus (BK).

Kai tranzistorius stiprina silpnus elektrinius virpesius ir jų dažnis žemas, jį galima nagrinėti kaip tiesinį aktyvųjį keturpolį. Keturpoliui apibūdinti pakanka keturių parametrų:

kai , kai ,kai , kai ;

čia yra įėjimo varža, kai išėjime sudarytos kintamosios srovės trumpojo jungimo sąlygos, – įtampos grįžtamojo ryšio koeficien-tas, kai įėjime sudarytos kintamosios srovės tuščiosios veikos sąlygos,

– srovės perdavimo koeficientas, kai išėjime sudarytos kintamo-sios srovės trumpasis jungimo sąlygos, – išėjimo laidumas, kai įėjime sudarytos kintamosios srovės tuščiosios veikos sąlygos.

Kai tranzistorius įjungtas pagal bendrojo emiterio schemą, h parametrai išreiškiami formulėmis:

47


.

48



išnagrinėkite dvipolių tranzistorių darinius, veikimą, jungimo schemas, veikos atmainas, charakteristikas, parametrus; išsiaiškinkite, kaip randami h parametrai.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kokia dvipolių tranzistorių sandara? Nubraižykite elektrinėse

schemose vartojamus tranzistorių sutartinius grafinius atvaizdus.2. Paaiškinkite dvipolio tranzistoriaus veikimą.3. Išvardinkite tranzistoriaus emiterio, bazės ir kolektoriaus srovių

dedamąsias. Paaiškinkite jų prigimtį ir nurodykite, kokiomis grandinėmis jos teka.

4. Nubraižykite ir aptarkite tranzistorių jungimo schemas.5. Ką vadina statiniu ir diferencialiniu emiterio srovės perdavimo

koeficientais? Nuo ko ir kaip jie priklauso?6. Ką vadina integraliniu ir diferencialiniu bazės srovės perdavimo

koeficientais? Nuo ko ir kaip jie priklauso?7. Nubraižykite tranzistoriaus, įjungto pagal bendrojo emiterio

schemą, įėjimo charakteristikų šeimą (3 kreives) ir paaiškinkite charakteristikų eigą.

8. Nubraižykite tranzistoriaus, įjungto pagal bendrojo emiterio schemą, išėjimo charakteristikų šeimą (3 kreives) ir paaiškinkite charakteristikų eigą.

9. Kaip sudaryta tranzistoriaus h parametrų sistema? Kokia šių parametrų prasmė?

10. Kaip randami tranzistoriaus h parametrai pagal jo statines voltamperines charakteristikas?


Dėmesio. Prieš pradėdami bet kokius matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) pasukite laboratorinio maketo kintamųjų rezistorių rankenėles iki galo prieš laikrodžio

49


rodyklę. Matavimų metu įtampų ir srovių vertės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Tiriamojo tranzistoriaus mak-simali kolektoriaus įtampa = 30 V, maksimali kolekto-riaus srovė = 20 mA, maksimali galia = 150 mW, maksimali bazės srovė = 0,2 mA (kai = 10 V).

3. Sujungti 10.1 paveiksle parodytą matavimo grandinę. Įjunkite maitinimo šaltinius ir nustatykite 10.1 paveiksle nurodytas maitinimo įtampas. Maitinimo įtampas junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę.Po bet kokių pakeitimų matavimo grandinėje nejunkite maitinimo įtampų, kol dėstytojas nepatikrins grandinės!

4. Išmatuoti tranzistoriaus, įjungto pagal BE schemą, įėjimo charakteristikas kai 0; 5 ir 10 V. Čia – bazės srovė, - įtampa tarp bazės ir emiterio, – įtampa tarp kolektoriaus ir emiterioPasukite kintamųjų rezistorių R2, R4, R5, R6 rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Didindami įtampą , matuokite šią

50



įtampą ir srovę . Matuodami stebėkite, kad įtampa būtų pastovi.

5. Išmatuoti tranzistoriaus, įjungto pagal BE schemą, išėjimo charakteristikas , atitinkančias tris dėstytojo nurodytas bazės srovės vertes. Čia – kolektoriaus srovė.Pasukite kintamųjų rezistorių R2, R4, R5, R6 rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Didindami įtampą , matuokite šią įtampą ir srovę . Matuodami stebėkite, kad srovė būtų pastovi.

6. Nubraižyti išmatuotas tranzistoriaus charakteristikas.7. Pagal įėjimo ir išėjimo charakteristikas dėstytojo nurodytame

taške rasti tranzistoriaus parametrus . 8. Apsvarstyti rezultatus, suformuluoti išvadas.

Jei reikia pakartokite matavimus.9. Parengti ataskaitą.

10.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Matavimų rezultatai (lentelės, grafikai).3. h parametrų skaičiavimo rezultatai.4. Išvados (paaiškinkite matavimų ir skaičiavimų rezultatus).

51

11. Lauko tranzistoriaus tyrimas


11.1. Darbo tikslasIšnagrinėti lauko tranzistorių klasifikaciją, sandarą, veikimą,

charakteristikas ir parametrus; išmokti matuoti tranzistorių statines voltamperines charakteristikas ir pagrindinius parametrus.

11.2. Lauko tranzistorių savybėsLauko tranzistorius (LT) – tai trijų išvadų įtaisas, kuriame

elektros srovė teka kanalu tarp dviejų išvadų (ištakos ir santakos). Srovę valdo elektrinis laukas, kurį sukuria trečiojo elektrodo – užtū-ros – įtampa.

Lauko tranzistoriai buvo sukurti vėliau nei dvipoliai tranzistoriai. 1952 metais Šoklis pasiūlė LT su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrine užtūra). Vėliau buvo sukurti izoliuotosios užtūros lauko tranzistoriai – MDP (metalas-dielektrikas-puslaidininkis) ir MOP (metalas-oksidas-puslaidininkis) LT. Geromis dažninėmis savybėmis pasižymi GaAs LT. Juose naudojamas metalo ir puslaidininkio darinys. Puslaidininkio kanalu tekančią srovę valdo metalo ir puslaidininkio sandūra.

Lauko tranzistoriai turi daug svarbių privalumų. Jiems būdinga didelė įėjimo varža, didesnis temperatūrinis stabilumas, didesnis atsparumas radiacijai. Lauko tranzistorių gamyba paprastesnė nei dvipolių. Kita vertus, lauko tranzistoriai turi ir trūkumų – jų perdavimo charakteristikos statumas esti mažesnis nei dvipolių.

Bendru atveju LT santakos srovė priklauso nuo įėjimo ir išėjimo įtampų. Kai tranzistorius įjungtas pagal bendrosios ištakos schemą,

;čia – įėjimo (užtūros-ištakos) įtampa, – išėjimo (santakos-ištakos) įtampa.

52


Svarbiausieji LT parametrai – tai perdavimo charakteristikos statumas (anglų kalba šis parametras vadinamas transconductance arba mutual conductance ir žymimas ) ir išėjimo varža Ri:

, kai =const;, kai =const.


išnagrinėkite lauko tranzistorių klasifikaciją, sandarą, veikimą, parametrus, charakteristikas; išsiaiškinkite, kaip randami LT pagrindiniai parametrai.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kaip klasifikuojami lauko tranzistoriai?2. Nubraižykite elektrinėse schemose vartojamus lauko tranzistorių

sutartinius grafinius atvaizdus.3. Aptarkite LT su valdančiosiomis pn sandūromis sandarą. Pa-

aiškinkite tranzistoriaus veikimą.4. Nurodykite LT su valdančiosiomis sandūromis ir n kanalu

santakos ir užtūros maitinimo įtampų poliškumą.5. Nubrėžkite LT su valdančiosiomis sandūromis, įjungto pagal

bendrosios ištakos schemą, išėjimo charakteristiką. Paaiškinkite santakos srovės priklausomybę nuo santakos įtampos.

6. Nubrėžkite LT su valdančiosiomis sandūromis, perdavimo charakteristiką. Paaiškinkite, kaip įėjimo įtampa valdo santakos srovę.

7. Kokia MDP tranzistoriaus su indukuotuoju kanalu sandara? Kaip jis veikia?

8. Kokia MDP tranzistoriaus su pradiniu kanalu sandara? Paaiškinkite jo veikimą.

9. Išvardinkite LT pagrindinius parametrus. Kaip jie randami pagal tranzistoriaus charakteristikas?

10. Palyginkite npn, pnp tranzistorių ir lauko tranzistorių savybes.

53



Dėmesio! Prieš pradėdami bet kokius matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) pasukite laboratorinio maketo kintamųjų rezistorių rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti didžiausių leidžiamųjų verčių. Tiriamojo tranzistoriaus maksimali santakos srovė = 20 mA, tranzistoriaus galia

= 200 mW, maksimali ištakos-santakos įtampa = 25 V.

3. Sujungti 11.1 paveiksle parodytą matavimo schemą. Įjunkite maitinimo šaltinius ir nustatykite 11.1 paveiksle nurodytas maitinimo įtampas. Maitinimo įtampas junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę.

4. Išmatuoti LT su valdančiosiomis sandūromis išėjimo charak-teristikas I f US SI , atitinkančias dėstytojo nurodytas įtampos

11.1 pav. Matavimo schema

54


UUI vertes. Čia I S – santakos srovė, U SI – įtampa tarp santakos ir ištakos, UUI – įtampa tarp užtūros ir ištakos.Pasukite rezistorių R2, R3, R5 ir R6 rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Didindami įtampą U SI , matuokite šią įtampą ir srovę I S . Matuodami stebėkite, kad įtampa UUI būtų pastovi.

5. Išmatuoti lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikas , atitinkančias dvi dėstytojo nurodytas įtampos U SI

vertes, viršijančias soties įtampą. Didindami įtampą UUI iki santakos srovės nukirtimo, matuokite šią įtampą ir srovę I S . Matuodami stebėkite, kad įtampa U SI būtų pastovi.

6. Nubraižyti išmatuotas tranzistoriaus charakteristikas.7. Pagal išmatuotas charakteristikas rasti tranzistoriaus statumą ,

išėjimo varžą ir atkirtos įtampą.8. Apsvarstyti rezultatus, suformuluoti išvadas.

Jei reikia pakartokite matavimus.9. Parengti ataskaitą.

11.5. Ataskaitos turinys10. Darbo tikslas.11. Matavimų rezultatai (lentelės, grafikai).12. Pagrindinių parametrų skaičiavimo rezultatai.13. Išvados (paaiškinkite matavimų ir skaičiavimų rezultatus).

55

12. Diodų ir tranzistorių modeliavimas

12. Diodų ir tranzistorių veikimo elektroninėse grandinėse modeliavimas

12.1. Darbo tikslasIšmokti modeliuoti elektroninių elementų veikimą. Susipažinti su

diodų ir dvipolių tranzistorių pagrindiniais parametrais ir išsiaiškinti jų prasmę.

12.2. Modeliavimo programinė įrangaŠiame laboratoriniame darbe naudosime programą Electronics

Workbench. Centrinė šios programos lango dalis skirta grandinėms kurti ir tirti. Šone yra išdėstyti elementai. Lango viršuje galima rasti meniu, tyrimo instrumentus ir maitinimo jungiklį, kuris aktyvuoja surinktą grandinę.

Grandinės kūrimas ir tyrimas:1. Į centrinę lango dalį įtraukiami reikiami elementai.2. Elementai sujungiami.3. Nustatomi elementų tipai ir parametrai.4. Prijungiami tyrimo instrumentai.5. Aktyvuojama grandinė.Pagrindiniai tyrimo instrumentai:

Multimetras. Multimetras naudojamas matuoti įtampai, srovei ar varžai.

Funkcinis generatorius. Funkcinis generatorius – tai įtampos šaltinis, kurio išėjimo įtampos forma yra sinusinė, stačiakampė ar trikampė. Galima keisti išėjimo įtampos dažnį, veikimo trukmę, amplitudę ir nuolatinę dedamąją.

56


Oscilografas. Oscilografas rodo virpesių formą, juo galima matuoti virpesių amplitudę ir dažnį. Oscilografas turi du įėjimus: kanalą A ir kanalą B, taigi vienu metu galima stebėti du virpesius.

57



prisiminkite diodų ir dvipolių tranzistorių klasifikaciją, veikimą, savybes, charakteristikas, parametrus ir ekvivalentines grandines.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kokie diodai naudojami aukštuose dažniuose? Kodėl?2. Kaip randama diodo statinė varža?3. Kaip randama diodo dinaminė varža?4. Kokie reiškiniai riboja puslaidininkinio diodo veikimo impulsinės

veikos spartą?5. Kaip galima sumažinti laiką, per kurį atsikuria didelė puslai-

dininkinio diodo atbulinė varža?6. Kokiomis charakteristikomis ir parametrais nusakomos dvipolių

tranzistorių dažninės savybės?7. Kokie reiškiniai lemia dvipolio tranzistoriaus dažnines savybes?8. Kaip galima išplėsti tranzistorių darbo dažnių diapazoną?9. Nubraižykite dvipolio tranzistoriaus T pavidalo ekvivalentinę

grandinę. Aptarkite jos elementų prasmę.10. Nubraižykite dvipolio tranzistoriaus pavidalo ekvivalentinę

grandinę. Paaiškinkite, kaip randami jos elementų parametrai.11. Apibrėžkite dvipolio tranzistoriaus dažninius parametrus , ,

, . Kaip šie parametrai tarpusavyje susiję?12. Kokius tranzistorius vadina dreifiniais? Kokie jų ypatumai?

12.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Išsiaiškinti, kaip naudotis programa Electronics Workbench.3. Išmatuoti dviejų skirtingų diodų VACH.

Sudarykite modeliavimo grandinę, atvaizduotą 12.1 paveiksle. Užpildykite 12.1 lentelę ir pagal ją nubrėžkite VACH. Išnagrinėkite diodų parametrus. Nustatykite, kurie parametrai lemia diodų dažnines savybes.

58


12.1 lentelė. Matavimo rezultatai

Diodas 1N4001 Diodas MBR4020Srovė

IĮtampa

USrovė

IĮtampa

U… … … …

4. Ištirti įtampos stiprinimą elementariame stiprintuve su dvipoliu tranzistoriumi.Sudarykite modeliavimo grandinę, atvaizduotą 12.2 paveiksle. Naudodamiesi multimetru ir oscilografu, išmatuokite įtampas grandinės įėjime ir išėjime. Funkcinio generatoriaus išėjimo įtampa turi būti sinusinės formos, virpesių dažnis – 100 MHz, amplitudė – 100 mV.Modeliavimą atlikite su trimis skirtingais (žemųjų, vidutinių ir aukštųjų dažnių) tranzistoriais. Užpildykite 12.2 lentelę. Ištirkite tranzistorių parametrus. Nustatykite, kokie parametrai lemia tranzistorių dažnines savybes.

5. Apsvarstyti rezultatus. Jei reikia, pakartokite matavimus.



59


12.2 lentelė. Matavimo rezultatai

Tranzistorius Įėjimoįtampa

UIN / mV

IšėjimoįtampaUIŠ / V

StiprinimasUIŠ /UIN

Stiprinimasdecibelais:

20lg(UIŠ /UIN)2N2714

2N2369

2N3600

12.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Modeliuotų elementų ir grandinių apibūdinimas.3. Diodų voltamperinės charakteristikos.4. Stiprinimo matavimo ir skaičiavimo rezultatai.5. Išvados (aptarkite, kokie parametrai lemia diodų voltamperines

charakteristikas ir dvipolių tranzistorių dažnines savybes).


60

13. Tiristorinio optrono tyrimas


13.1. Darbo tikslasIšnagrinėti paprasčiausių optinės elektronikos elementų ir

tiristorių klasifikaciją, sandarą, veikimą, charakteristikas, parametrus, taikymus.

13.2. Optronai ir tiristoriaiOptronas – tai įtaisas, sudarytas iš šviesos šaltinio (dažniausiai

šviesos diodo) ir šviesos imtuvo (fototranzistoriaus, fotodiodo ar fototiristoriaus). Optronai gali susieti izoliuotas elektrines grandines. Dažnai optronai taikomi valdymui. Tuomet valdymo grandinės veika visiškai nepriklauso nuo valdomosios grandinės.

Šiame darbe tiriamas optronas, sudarytas iš šviesos diodo ir fototiristoriaus.

Tiristoriais vadinami ketursluoksniai pnpn puslaidininkiniai įtaisai. Diodinis tiristorius arba dinistorius turi du išvadus. Pradžioje, didėjant dinistoriaus tiesioginei įtampai, per jį teka tik silpna srovė. Įtampai padidėjus, prasideda dinistoriaus įsijungimo procesas. Įsijungus dinistoriui, jo srovės priklausomybė nuo įtampos tampa panaši į paprasto puslaidininkinio diodo voltamperinės charakteristikos tiesioginę šaką. Įsijungimo procesą atitinka volt-amperinės charakteristikos tiesioginės šakos dalis, kurioje dinistoriaus diferencialinė varža yra neigiama.

Dažniausiai taikomi triodiniai tiristoriai arba trinistoriai. Trinistorius turi trečią – valdymo – elektrodą. Trinistorių galima įjungti valdymo srovės impulsu. Praktikoje trinistoriai dažniausiai vadinami tiesiog tiristoriais.

Fotodinistoriams įjungti panaudojami ne elektriniai, o šviesos impulsai.

61


Atskirą grupę sudaro tiristoriai, kurių voltamperinės cha-rakteristikos tiesioginė ir atbulinė šakos panašios. Simetriniai diodiniai tiristoriai vadinami diakais, triodiniai – triakais.


išnagrinėkite tiristorių, fotoelektrinių optinės elektronikos įtaisų ir optronų darinius, veikimą, charakteristikas; parametrus, taikymus.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kas yra ir kaip veikia optronas?2. Aptarkite optronų bendrąsias savybes ir taikymą.3. Kaip sudarytas ir veikia šviesos diodas?4. Kaip veikia fotodiodas? Nubraižykite kelias fotodiodo volt-

amperines charakteristikas ir paaiškinkite jų eigą.5. Kaip veikia puslaidininkinis fotoelementas?6. Paaiškinti fototranzistoriaus sandarą ir veikimą.7. Kokia tiristoriaus sandara? Aptarkite tiristorių tipus.8. Aptarkite dinistoriaus sandarą, veikimą, voltamperinę charak-

teristiką.9. Aptarkite trinistorių sandarą, veikimą ir taikymus.10. Aptarkite laboratorinio maketo grandinės elementų paskirtį.

Kokiais elementais galima reguliuoti uždaro fototiristoriaus tiesioginę įtampą ir atviro fototiristoriaus srovę?


Dėmesio! Prieš pradėdami bet kokius matavimus (prieš jungdami maitinimo įtampą) pasukite laboratorinio maketo kintamųjų rezistorių rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Matavimų metu įtampos ir srovės neturi viršyti maksimalių leistinų verčių. Maksimali šviesos diodo tiesioginė srovė = 20 mA, maksimali tiesioginė įtampa = 2 V.

3. Sujungti 13.1 paveiksle parodytą matavimo grandinę.

62


Įjunkite maitinimo šaltinius ir nustatykite 13.1 paveiksle nurodytas maitinimo įtampas. Maitinimo įtampas junkite prie maketo tik dėstytojui patikrinus matavimo grandinę.

4. Išmatuoti optrono įėjimo charakteristikas , kai ir 10 V. Čia ir I1 – tiesioginė šviesos diodo įtampa ir srovė, U 2 – uždaro fototiristoriaus tiesioginė įtampa.Prieš matuodami optrono įėjimo charakteristiką pasukite kintamųjų rezistorių R2, R4, R5 ir R6 rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Po to nustatykite reikiamą uždaro foto-tiristoriaus tiesioginę įtampą. Didindami šviesos diodo tiesioginę srovę I1 matuokite šią srovę ir įtampą .

5. Išmatuoti optrono išėjimo charakteristikas , atitin-kančias tris dėstytojo nurodytas įėjimo srovės vertes. Čia ir – tiesioginė fototiristoriaus įtampa ir srovė. Prieš matuodami išėjimo charakteristiką, pasukite maketo kintamųjų rezistorių R2, R4, R5 ir R6 valdymo rankenėles iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Po to nustatykite reikiamą optrono


63


įėjimo srovę. Matuodami išėjimo charakteristiką, fototiristoriaus tiesioginę įtampą didinkite kintamuoju rezistoriumi R6, po to – kintamuoju rezistoriumi R5. Matuokite tiesioginę tiristoriaus srovę ir įtampą. Raskite fototiristoriaus įjungimo įtampą U 2

. Fototiristoriui atsidarius, kintamaisiais rezistoriais R6 ir R5 didinkite fototiristoriaus tiesioginę srovę ir įtampą. Po to kintamaisiais rezistoriais R5, R6, R4 mažindami fototiristoriaus tiesioginę srovę, matuokite tiesioginę srovę ir įtampą. Raskite fototiristoriaus išjungimo srovę .

6. Sudarykite optrono valdymo charakteristiką . Tai šviesos diodo srovės , kuriai tekant atsidaro fototiristorius, priklausomybė nuo fototiristoriaus tiesioginės įtampos .Kintamųjų rezistorių valdymo rankenėles pasukite iki galo prieš laikrodžio rodyklę. Kintamaisiais rezistoriais R6 ir R5 nustatykite pasirinktą įtampą ir, laikydami ją pastovią, didinkite šviesos diodo srovę. Raskite srovę I1

, kuriai tekant įsijungia fototiristorius. Pakeiskite ir pakartokite matavimus (išmatuokite bent penkis valdymo charakteristikos taškus).

7. Nubrėžti išmatuotas charakteristikas.8. Apsvarstyti rezultatus, formuluoti išvadas.

Jei reikia, pakartokite matavimus.9. Parengti ataskaitą.

13.5. Ataskaitos turinys10. Darbo tikslas.11. Matavimų rezultatai (lentelės, grafikai).12. Išvados (aptarkite išmatuotas optrono charakteristikas bei

fototiristoriaus įjungimo ir išjungimo būdus).

64

14. Puslaidininkinių integrinių grandynų gamybos procesų modeliavimas


14.1. Darbo tikslasIšnagrinėti puslaidininkinių integrinių grandynų gamybos

procesus, išmokti modeliuoti terminės priemaišų difuzijos procesą.

14.2. Teorija ir pagrindinės formulėsDifuzijos procesą aprašo Fiko diferencialinės lygtys:

(14.1)

; (14.2)

čia – priemaišų atomų srauto tankis, – priemaišų atomų koncentracija, – difuzijos koeficientas, – koordinatė, – laikas.

Difuzijos koeficientas labai priklauso nuo temperatūros:;

čia D0 – koeficientas, priklausantis nuo puslaidininkio medžiagos, priemaišų tipo, kristalografinės krypties ir pradinės priemaišų koncentracijos, – aktyvacijos energija, – Bolcmano konstanta,

– absoliučioji temperatūra.Taikant terminės priemaišų difuzijos technologiją, dažnai

naudojami du difuzijos proceso etapai – priemaišų įterpimas ir perskirstymas. Taip galima tiksliau valdyti terminės priemaišų difuzijos procesą ir gauti geresnį priemaišų koncentracijos profilio

pasikartojamumą.Priemaišų įterpimo metu puslaidininkinės plokštelės paviršiuje

sudaroma maksimali priemaišos koncentracija , atitinkanti priemaišos tirpumą puslaidininkyje pasirinktoje temperatūroje.

65


Žinant , galima rasti Fiko lygties (14.2) sprendinį, kuris yra tokio pavidalo:

; (14.3)

čia – koordinatė, – laikas, erfc - papildoma paklaidų funkcija, išreiškiama formule:

.

(14.4)Dydis vadinamas difuzijos nuotoliu.Žinodami N(x,t), galime rasti difuzijos srauto tankį. Taikant

pirmąjį Fiko dėsnį, difuzijos srauto tankis randamas taip:

. (14.5)Remiantis paskutiniąja lygtimi, galima rasti legiravimo dozę –

skaičių priemaišos atomų, prasiskverbusių per vienetinio ploto padėklo paviršių:

.

(14.6)Taigi priemaišų įterpimo etape į ploną paviršinį kristalo sluoksnį

įterpiamas reikiamas priemaišos kiekis. Po įterpimo etapo dažnai reikia priemaišą perskirstyti – sumažinti jos koncentraciją apdoro-jamos puslaidininkinės plokštelės paviršiuje ir padidinti koncentraciją gilesniuose sluoksniuose.

Priemaišų perskirstymo etape priemaišos kiekis puslaidininkyje nekinta. Tai įvertinant, (14.2) lygties sprendinys išreiškiamas formule:

66


.

(14.7)Jei difuzijos metu turi būti sudaryta pn sandūra, naudojamas jau

legiruotas pagrindas. Tarkime, kad turime pagrindą, kuriame pradinė akceptorinės priemaišos koncentracija yra . pn sandūra susidaro gylyje, kur įvestų donorinių priemaišų koncentracija tampa lygi pradinei akceptorinės priemaišos koncentracijai. Tuomet pagal (14.7)

;

(14.8)čia – donorinės priemaišos koncentracija plokštelės paviršiuje (po perskirstymo), – pn sandūros gylis.

Pagal (14.8)

. (14.9)

Taikydami pastarąją formulę, galime rasti pn sandūros gylį arba parinkti difuzijos proceso sąlygas (proceso temperatūrą ir trukmę), kad sandūra susidarytų reikiamame gylyje.


išnagrinėkite silicio integrinių grandynų gamybos technologinius procesus.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Paaiškinkite kam integrinių grandynų gamyboje taikomi

epitaksijos, oksidavimo, fotolitografijos, difuzijos, metalizacijos procesai.

2. Paaiškinkite terminės priemaišų difuzijos paskirtį ir mechanizmą.3. Kaip difuzijos koeficientas priklauso nuo temperatūros? Kodėl?

67


4. Aptarkite terminės priemaišų difuzijos proceso priemaišų įterpimo etapą.

5. Aptarkite priemaišų perskirstymo etapą.6. Kokie trys procesai, gaminant integrinius grandynus, seka po

epitaksijos? 7. Aptarkite jonų implantavimo procesą.8. Kam naudojamos oksidų ir nitridų plėvelės?9. Nurodykite procesus, po kurių seka metalizavimas.10. Aptarkite metalizavimo procesą.11. Kokia fotolitografijos paskirtis?12. Sudarykite ir aptarkite fotolitografijos proceso schemą.13. Kaip galima padidinti litografijos skiriamąją gebą?

14.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal pateiktus duomenis:

a) apskaičiuoti priemaišos pasiskirstymą po priemaišų įterpimo etapo.

b) apskaičiuoti, kaip priemaišų įterpimo etape kinta priemaišos srauto tankis ir legiravimo dozė;

c) apskaičiuoti priemaišos pasiskirstymą po priemaišų perskirstymo etapo;

d) ištirti priemaišų įterpimo ir perskirstymo temperatūrų nuokrypių įtaką pn sandūros gyliui;

e) apskaičiuoti priemaišų pasiskirstymą tranzistoriuje, formuo-jamame dvikartės terminės difuzijos būdu.

3. Atlikus skaičiavimus, sudaryti grafikus ir apsvarstyti rezultatus.Jeigu reikia, pakartokite skaičiavimus.


14.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai.

68


4. Grafikai.5. Išvados (paaiškinkite tyrimų rezultatus, siedami juos su fizikiniais

procesais, vykstančiais difuzijos proceso etapuose, aptarkite temperatūros nuokrypių įtaką pn sandūros parametrams ir paaiškinkite integrinio dvipolio tranzistoriaus formavimą).

69

15. Puslaidininkinių integrinių grandynų elementų tyrimas


15.1. Darbo tikslasIšnagrinėti puslaidininkinių integrinių grandynų (IG) savybes,

elementus ir IG gamybos technologinius procesus.

15.2. Trumpos žiniosElektrinės grandinės realizavimo viename luste idėją 1959 metais

nepriklausomai vienas nuo kito pasiūlė JAV mokslininkai R.Noisas ir Dž.Kilbis. Integriniai grandynai yra konstrukcinės, technologinės ir mokslinės bei techninės integracijos rezultatas. Puslaidininkinių IG elementai ir juos jungiantieji laidūs takeliai sudaromi puslaidininkio monokristalo tūryje ir ant jo pasyvuoto paviršiaus. Atsižvelgiant į svarbiausių elementų – tranzistorių – tipą, puslaidininkiniai IG skirstomi į dvipolius ir vienpolius MDP arba MOP integrinius grandynus.

Šiame darbe nagrinėjami dvipoliai IG.


išnagrinėkite puslaidininkinių IG elementų izoliavimo būdus, gamybos procesų seką, elementų darinius ir savybes.

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kaip puslaidininkiniuose IG sudaromos sritys, izoliuotos pn

sandūromis?2. Kaip realizuojama dielektrinė izoliacija?3. Pateikite ir aptarkite kombinuotosios izoliacijos pavyzdį.4. Apibūdinkite dvipolio IG gamybos procesų seką. 5. Nubraižykite dvipolio integrinio tranzistoriaus skersinio pjūvio

vaizdą ir vaizdą iš viršaus. Nurodykite sričių laidumo tipus ir pavadinimus.

70


6. Kodėl sudarant kontaktą su n kolektoriaus sritimi būtina su-formuoti n+ sritį?

7. Kam panaudojamas paslėptasis n+ sluoksnis?8. Kaip sudaromi integriniai diodai?9. Nubraižykite integrinio difuzinio rezistoriaus skersinio pjūvio

vaizdą ir vaizdą iš viršaus. Pažymėkite sričių laidumo tipus.10. Nubraižykite integrinio difuzinio kondensatoriaus skersinio pjū-

vio vaizdą ir vaizdą iš viršaus. Pažymėkite sričių laidumo tipus.11. Nubraižykite integrinio MOP kondensatoriaus pjūvio vaizdą ir

vaizdą iš viršaus. Pažymėkite sričių laidumo tipus.12. Nubraižykite integrinio MOP tranzistoriaus su indukuotuoju n

kanalu skersinio pjūvio vaizdą ir vaizdą iš viršaus. Pažymėkite sričių laidumo tipus ir pavadinimus

13. Kaip gaminamos MOP IG su polikristalinio silicio užtūromis? Kokie jų privalumai?

15.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakykite į kontrolinį klausimą.2. Apžiūrėkite pro mikroskopą puslaidininkinės plokštelės lustą ir

atlikite šias užduotis:2.1. Viename lusto kampe raskite kontrolinį tranzistorių, nesujungtą su kitais grandyno elementais. Milimetriniame popieriuje ištisinėmis linijomis nubraižykite visų šio tranzistoriaus sričių ir laidaus sluoksnio kontūrus, brūkšninėmis linijomis – langų į sritis kontūrus. Sunumeruokite visus kontūrus ir paaiškinkite šią numeraciją po paveikslu: 1 – kolektoriaus srities kontūras, 2 – bazės srities kontūras ir pan. Braižydami tranzistoriaus eskizą, sričių langų ir laidaus sluoksnio konfi-gūraciją galite patikslinti pagal tokio pat kontrolinio tranzistoriaus vaizdą diaprojektoriaus ekrane.2.2. Luste greta kontrolinio tranzistoriaus yra tranzistoriaus su pavidalo emiterio sritimi ir tokios pat konfigūracijos emiterio bei kolektoriaus sričių išvadais. Apžiūrėkite šį tranzistorių projektoriaus ekrane ir atsakykite į klausimus:

71


Kokios konfigūracijos yra n+ sritis po kolektoriaus išvadu? Kokių privalumų teikia tokia kolektoriaus išvado n+ srities

konfigūracija, lyginant su stačiakampe šios srities konfi-gūracija?

3. Apžiūrėkite pro mikroskopą puslaidininkinės plokštelę ir at-kreipkite dėmesį į lustų kontaktinių aikštelių būklę. Nustatykite: Kokia operacija buvo atliekama po laidaus sluoksnio

fotolitografijos?4. Apžiūrėkite pro mikroskopą puslaidininkinį IG tranzistoriniame

korpuse ir du variantus didelių hibridinių IG su puslaidininkiniais lustais. Atsakykite į klausimą: Kokių privalumų teikia bevielis montažas apversto lusto

būdu?5. Apžiūrėkite puslaidininkinės plokštelės lustą pro mikrointerfero-

metrą. Šiame luste raskite ir parodykite dėstytojui:a) tranzistorių su stačiakampiais juosteliniais kolektoriaus,

bazės ir emiterio sričių išvadais;b) diodą, c) difuzinį rezistorių.Atsakykite į klausimą: Kodėl puslaidininkinių IG elementų sritys yra skirtingų

spalvų?4. Paruoškite ataskaitą.

15.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Kontrolinio tranzistoriaus eskizai.3. Išvados (motyvuoti atsakymai į visus užduoties laboratorijoje

klausimus).

72

16. Paviršinių akustinių bangų įtaisų modeliavimas


16.1. Darbo tikslasSusipažinti su akustinės elektronikos įtaisais ir paviršinių

akustinių bangų (PAB) filtrų projektavimu.

16.2. PAB įtaisaiMažame puslaidininkiniame IG telpa daug (šiuo metu iki 108)

elementų. Pagrindiniai puslaidininkinio IG elementai – tai tranzis-toriai, diodai, rezistoriai, nedidelės talpos kondensatoriai. Induk-tyvumo elementus integruoti į puslaidininkinius IG sunku.

Kai buvo sukurti puslaidininkiniai IG, iškilo filtrų, vėlinimo linijų ir kitų elektroninės aparatūros komponentų, kuriems reikėjo induktyvumo elementų, miniatiūrizavimo problema. Sprendžiant šią problemą susiformavo nauja funkcinės elektronikos kryptis – akustinė elektronika. Šiuolaikiniuose akustinės elektronikos įtaisuose panau-dojamos paviršinės akustinės bangos.

Siekiant atskleisti PAB įtaisų veikimą ir projektavimo principus, šiame darbe nagrinėjamas PAB filtras, sudarytas iš įėjimo keitiklio, garsolaidžio, išėjimo keitiklio ir slopintuvų (16.1 pav.).

16.1 pav. PAB filtras

73


Filtro projektavimo tikslas yra parinkti garsolaidžio medžiagą, nustatyti filtro elementų matmenis, patikrinti, ar filtro charakteristikos tenkina keliamus reikalavimus, ir sudaryti filtro eskizus.

16.3. Pasirengimas darbui: Naudodamiesi paskaitų konspektu ir literatūra [2], išnagrinėkite

akustinių bangų savybes, lėmusias jų taikymą elektronikos įtaisuose, PAB įtaisų sandarą, veikimą ir savybes.

Susipažinkite su PAB filtro projektinių skaičiavimų metodika, pateikta šio darbo priede (16.6 p.).

Pasirenkite atsakyti į kontrolinius klausimus:1. Kas yra akustinės bangos? Kokiose terpėse jos sklinda? Kokius

žinote akustinių bangų tipus?2. Kokios akustinių bangų savybės efektyviai panaudojamos

akustinės elektronikos įtaisuose? 3. Kaip veikia elektromechaniniai keitikliai? Kokiais reiškiniais

pagrįstas jų veikimas? 4. Išvardinkite tūrinių akustinių bangų įtaisų tipus.5. Paaiškinkite monolitinio pjezoelektrinio filtro sandarą ir veikimą.

Aptarkite jo savybes.6. Išvardinkite ir aptarkite PAB įtaisų tipus.7. Aptarkite PAB filtrų sandarą ir veikimą.8. Paaiškinkite planariojo PAB keitiklio sandarą ir veikimą.9. Iš kokių medžiagų gaminami PAB garsolaidžiai? 10. Aptarkite PAB vėlinimo linijų sandarą, veikimą ir savybes.11. Aptarkite PAB dispersinių vėlinimo linijų sandarą ir veikimą.12. Paaiškinkite optimaliųjų filtrų idėją ir šių filtrų taikymą.

16.4. Užduotis laboratorijoje:1. Atsakyti į kontrolinį klausimą.2. Pagal pateiktus duomenis atlikti PAB filtro projektinius

skaičiavimus.Naudodamiesi nurodyta programine įranga, atlikite reikalingus skaičiavimus, nubrėžkite filtro perdavimo charakteristiką.

74


Apsvarstykite rezultatus. Jei reikia, pakartokite skaičiavimus. Sudarykite filtro eskizą.


16.5. Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Pradiniai duomenys.3. Skaičiavimų rezultatai ir jų analizė.4. PAB filtro eskizai.5. Filtro charakteristikos.6. Išvados.

16.6. Priedas. PAB filtro projektinių skaičiavimų metodikaProjektinių skaičiavimų užduotyje nurodomas filtro pralei-

džiamųjų dažnių juostos centrinis dažnis , praleidžiamųjų dažnių juostos plotis ir kiti pradiniai duomenys.

Skaičiavimų tikslas – parinkti filtro garsolaidžio medžiagą, nustatyti filtro elementų matmenis ir ištirti, ar gauta filtro dažninė charakteristika tenkina reikalavimus.

Kai PAB filtras sudarytas pagal schemą keitiklis-garsolaidis-keitiklis (16.1 pav.), jo dažnines savybes ir selektyvumą lemia keitikliai. Jeigu abu filtro keitikliai vienodi, jo projektinius skaičiavimus galima atlikti pagal tokią metodiką.

1. Keitiklio strypų skaičius randamas pagal formulę:; (16.1)

čia – koeficientas ( =0,6–0,8).2. Keitiklio efektyvumas yra maksimalus, kai strypų skaičius

artimas optimaliam, kuris priklauso nuo garsolaidžio medžiagos:; (16.2)

čia – elektromechaninio ryšio koeficientas (pjezoelektrinių medžiagų parametrai nurodyti 16.1 lentelėje).

3. Jei , skaičiuojamas koeficientas :

75


. (16.3)4. Apskaičiuojamas keitiklio strypų žingsnis :

; (16.4)čia – PAB greitis.

Strypo plotis dažniausiai sudaro pusę žingsnio: .5. Keitiklio strypų persidengimas turi būti ne mažesnis nei

, (16.5)čia – atstumas tarp įėjimo ir išėjimo keitiklių, – PAB ilgis. Rekomenduojama priimti = 8–10 mm.

6. Randamas keitiklio ilgis:. (16.6)

7. Apskaičiuojamas filtro pagrindo ilgis:; (16.7)

čia – atstumas nuo keitiklio iki filtro pagrindo galo.8. Apskaičiuojamas filtro pagrindo plotis:

. (16.8)Pagal apskaičiuotus filtro matmenų ir kitus parametrus randami jo

elektriniai parametrai ir charakteristikos:

16.2 pav. PAB filtro keitiklis

76


9. Koeficientas lemia PAB atspindžio nuo keitiklio koeficientą , bangos praėjimo koeficientą ir keitiklio slopinimo koeficientą . Decibelais išreikštos paminėtų koeficientų reikšmės

apskaičiuojamos pagal formules:

(16.9)10. PAB filtro slopinimas išreiškiamas formule:

.16.10)11. Parazitinių virpesių, kylančių dėl atspindžių nuo išėjimo ir

įėjimo keitiklių, lygis įėjimo virpesių atžvilgiu sudaro:. (16.11)

12. Keitiklio statinė talpa apskaičiuojama pagal formules:; (16.12)

čia – keitiklio strypų poros ilgio vieneto talpa;

16.1 lentelė. Pjezoelektrinių medžiagų parametrai

Medžiaga PAB greitis ns

km/s

Elektromechaninio ryšio koeficientas

Santykinė dielektrinė skvarba

Kvarcas 3,15 – 3,2 0,0012 – 0,0024 4,52–4,55LiNbO3 3,5 – 4,0 0,005 – 0,058 25–60Bi12GeO20 1,62 – 1,7 0,007 – 0,0164 38–45Bi12SiO20 1,7 0,018LiTaO3 3,2 – 3,4 0,0069 – 0,0093 43–51Pjezokeramika 2–4 0,043 100-300

77


čia – pagrindo santykinė dielektrinė skvarba, .13. Keitiklio spinduliavimo aktyvioji varža , kai ,

išreiškiama formule:.

(16.13)14. Norint sukompensuoti keitiklio įėjimo varžos talpinę

dedamąją, nuosekliai keitikliui jungiama induktyvumo ritė, kurios induktyvumas randamas pagal formulę:

. (16.14)15. Apskaičiuojama PAB filtro perdavimo funkcija:

.

(16.15) yra PAB filtro įėjimo grandinės perdavimo funkcija:

;

(16.16)čia

,,

,

,

. ir – įėjimo ir išėjimo keitiklių perdavimo

funkcijos:

.

(16.17)

78


– filtro išėjimo grandinės, sudarytos iš , ir apkrovos varžos , perdavimo funkcija:

.(16.18)16. Įvertinant atspindėtą bangą, kurios lygį nusako slopinimo

koeficientas , filtro perdavimo funkcija apskaičiuojama pagal formulę:

;(16.19)

čia – vėlinimo laikas , – perdavimo koeficiento reikšmė, atitinkanti slopinimo koeficientą .

79

Literatūra

1. S.Štaras, R.Kirvaitis. Mikroelektronikos pagrindai. V.: Mokslo ir enciklopedijų leidykla, 1995. 292 p.

2. S.Štaras. Elektronikos pagrindai. Akustoelektronika. V.: Technika, 1994. 54 p.

A priedas. Laboratorinio darbo ataskaitos pavyzdys

PASISKIRSTYMO FUNKCIJŲ TYRIMASLaboratorinio darbo ataskaita

Atliko: VGTU ER 8/5 gr. studentas Jonas Petraitis2001 m. kovo 20 d.

1. Darbo tikslasPasiskirstymo funkcijų tyrimas ir elektronų metale bei puslaidininkyje

savybės.

2. Pradiniai duomenysPradiniai duomenys pateikti lentelėje…

…

PASISKIRSTYMO FUNKCIJŲ TYRIMASLaboratorinio darbo ataskaita

Atliko: VGTU ER 8/5 gr. studentas Jonas Petraitis2001 m. kovo 20 d.

1. Darbo tikslasPasiskirstymo funkcijų tyrimas ir elektronų metale bei...

80

B priedas. Fizikinės konstantos ir kitos žinios

Šviesos greitis vakuume 2,998108 m/sElektrono krūvis 1,60210-19 CElektrono masė 9,11010-31 kgElektrono krūvio ir masės santykis 1,7591011 C/kgProtono masė 1,67310-27 kgMagnetinė konstanta 8,85410-12 F/mElektrinė konstanta 1,25710-6 H/mPlanko konstanta 6,62610-34 JsAvogadro skaičius 6,0221026 1/kgBolcmano konstanta 1,38110-23 J/KRydbergo konstanta 1,09710-7 1/mAtominis masės vienetas 1,66110-27 kg1 eV 1,60210-19 JkT, kai T = 293 K (20 oC) 0,02525 eVkT, kai T = 300 K (27 oC) 0,02585 eV

C priedas. Puslaidininkių parametrai 300 K temperatūroje

Ge Si GaAsAtomo numeris 32 14 31;33Atominė masė 72,6 28,1 144,6Gardelės konstanta (nm) 0,566 0,543 0,565Atomų tankis (1/cm3) 4,41022 51022

Tankis (g/cm-3) 5,33 2,33 5,32Lydimosi temperatūra (oC) 937 1417 1238Draustinės juostos plotis (eV) 0,67 1,1 1,4Santykinė dielektrinė skvarba 16 11,8 13ni (1/cm3) 2,51013 1,51010 1,8106

Elektronų judrumas (cm2/Vs) 3800 1400 8500Skylių judrumas (cm2/Vs) 1800 500 450

81

Documents

1 priedas · Web viewElektronikos pagrindų laboratoriniai darbai turi padėti studentams įsisavinti paskaitų medžiagą, įgyti eksperimentinio darbo įgūdžių ir taikyti teoriją