Выражение мощности в комплексной форме Трехфазные электрические цепи Ферромагнитные стабилизаторы Режим работы трансформаторо Промышленная электроника Сглаживающие фильтры Усилитель по схеме с общим коллектором


Методы расчета электрических цепей. Примеры выполнения курсового задания

Полупроводниковые приборы

Типы проводимости полупроводниковых материалов.

Электронно-дырочный переход. Основные параметры

полупроводниковых диодов.

 Типы проводимости полупроводниковых материалов и свойства электронно-дырочного перехода рассматривались в курсе молекулярной физики, раздел «Электричество». Поэтому сейчас выделим лишь основные положения этих вопросов.

 В чистом полупроводнике, при температуре выше абсолютного нуля по шкале Кельвина генерируется два вида подвижных носителей зарядов – электрон и дырка. При наличии таких носителей полупроводник приобретает способность проводить электрический ток. Электропроводность, обусловленная только генерацией пар электрон-дырка, называется собственной. Количественно она может быть определена выражением

,

где:

g = 1,6 × 10-19 K – заряд электрона; Расчет мгновенных значений параметров режима методом численного интегрирования системы дифференциальных уравнений. Режим нелинейной цепи любой сложности может быть описан системой нелинейных дифференциальных уравнений, составленных для схемы цепи по законам Кирхгофа. Как известно из математики, система дифференциальных уравнений (как линейных так и нелинейных) может быть решена методом численного интегрирования (методы Эйлера, Рунге-Кутта). Таким образом, режим любой нелинейной цепи может быть рассчитан методом численного интегрирования дифференциальных уравнений .

n и p – концентрация подвижных электронов и дырок, причем n=p;

mn и mp – подвижность носителей.

 Концентрация подвижных носителей заряда зависит от температуры, поэтому

,

где:

А – константа;

Т - температура по Кельвину;

W – ширина запретной зоны;

К = 1,38 × 10-23 – постоянная Больцмана.

  Проводимость полупроводников существенно изменяется при добавлении примеси. Так, если валентность примеси больше валентности полупроводника (например атомы фосфора), то концентрация электронов существенно (на 10 – 20 порядков) увеличивается. Поэтому количественно проводимость может быть вычислена выражением

где nn – концентрация примесных носителей.

 Такая примесь называется донорной, проводимость – электронной, а полупроводник – полупроводником n – типа.

  При добавлении примеси, валентность которой меньше валентности полупроводника (например, атомы бора), в теле полупроводника резко увеличивается концентрация дырок. Поэтому

,

где:

РР - концентрация примесных носителей.

 Такая примесь называется акцепторной, проводимость - дырочной, а полупроводник - полупроводником p - типа.

  Металлургическая граница между полупроводниками двух типов называется электронно-дырочным или p-п переходом. Это основной рабочий элемент полупроводниковых электронных приборов. Выделим следующие его свойства.

 1. При отсутствии внешнего электрического поля у границы p-п перехода образуется объемные заряды электронов в p области и дырок в п области. Перепад потенциала зарядов образует потенциальный барьер , причем

,

где:  - концентрация ионизированных атомов в полупроводнике;

  - температурный потенциал, при Т=3000К, .

 В непосредственной близости от границы перехода образуется слой полупроводника обедненного носителями зарядов. Проводимость этого слоя мала и его называют запирающим. Сопротивление р-п перехода определяется толщиной запирающего слоя.

 В установившемся режиме через р-п переход протекают диффузионные токи электронов in диф и дырок iР диф, а также дрейфовые (обратные) токи электронов in др и дырок iР др, причем

 in диф = - in др;

  iР диф = - iР др.

Поэтому результирующий ток равен нулю.

Методы расчета электрических цепей в комплексной форме Токи, напряжения, мощности и сопротивления в комплексных формах записи. Операции над комплексными величинами. Сущность метода комплексных амплитуд. Схемы замещения цепей. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Расчет цепей методами уравнений Кирхгофа и контурных токов в символической форме. Расчет цепей методами узловых напряжений и двух узлов в комплексной форме.
Расчет методом контурных токов