МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МОДЕЛЮВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ДІОДІВ
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 4
з навчальної дисципліни:
“Компонентна база засобів технічного захисту інформації”,
для студентів базових напрямків
6.170102 “Системи технічного захисту інформації”
6.170103 “Управління інформаційною безпекою”
Затверджено
на засіданні кафедри
(Захист інформації(
Протокол № 8
від 12 грудня 2013 р.
Львів – 2013
Моделювання характеристик напівпровідникових діодів: Методичні вказівки до лабораторної роботи №4 з навчальної дисципліни: “Компонентна база засобів технічного захисту інформації” /Укл.: Кеньо Г.В. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2013. ( 16 с.
Рецензент: проф., д.т.н. Хома В.В.
Відповідальний за випуск:
проф., д.т.н. Дудикевич В.Б.
1. Мета роботи
Ознайомитися з основними параметрами і характеристиками напівпровідникових діодів, дослідити їх вольт-амперні характеристики. Ознайомитись з випрямними властивостями діода.
2. Завдання
За допомогою графічного редактора системи схемотехнічного моделювання MicroCap 8 ознайомитись з моделями діода та стабілітрона. Отримати та дослідити вольт-амперні характеристики діода та стабілітрона. Дослідити роботу діода у схемі однопівперіодного випрямляча.
3. Теоретичні відомості
Напівпровідниковим діодом називається напівпровідниковий прилад з р-n переходом, який має два виводи. Основною властивістю напівпровідникового діода є одностороння провідність, властива n-р переходу. Електронно-дірковий перехід (р-п-перехід) – це електричний перехід між двома ділянками напівпровідника, одна з яких має електропровідність n-типу, а друга – р-типу. Електронно-дірковий перехід має несиметричну провідність, тобто має нелінійний опір.
Уявимо собі два напівпровідники, один з яких має електронну, а другий діркову провідності (рис.1,а). Вважаємо, що такі напівпровідники є ділянками єдиного кристала (рис.1,б). Тоді за законом дифузії електрони з п-області будуть переходити в р-область, а дірки навпаки, тобто із місць, де носіїв певного знаку є більше у місця, де їх менше. Зустрічаючись на межі п- і р-ділянок, дірки і електрони рекомбінують. Отже, у цій примежовій ділянці оголюються нескомпенсовані заряди нерухомих іонів. Ця ділянка нескомпенсованих нерухомих зарядів і є ділянкою р-п-переходу, яку ще називають збідненим шаром або ділянкою об’ємного заряду. Питома електрична провідність р-п-переходу буде набагато меншою, ніж у п- і р-ділянках напівпровідника. У збідненому шарі майже немає вільних носіїв заряду, тому його ще називають запірним шаром.
а б
Рис. 1. Напівпровідники п- і р-типів (а); утворення р-п-переходу (б)
На рис.2 подано утворення потенціального бар’єру при формуванні р-п-переходу. Якщо обидві ділянки напівпровідника перебувають у рівновазі, рівень Фермі повинен бути однаковим у межах всієї системи. Потенціальний бар’єр, що утворюється між ділянками напівпровідника з різним типом провідності, дорівнює початковій різниці між рівнями Фермі у розділених ділянках напівпровідника. Таким чином, між протилежними об’ємними зарядами, що утворилися, виникає контактна різниця потенціалів (к=() і електричне поле Ек.
Потенціальний бар’єр перешкоджає подальшому дифузійному переходу носіїв із ділянки в ділянку. Потрібно зазначити, що об’ємні заряди різних знаків виникають поблизу межі п- і р-ділянок, а додатний потенціал (n або від’ємний потенціал (p створюється однаковим по всій ділянці n або p. Якщо б у різних частинах ділянки n або p потенціал був би різним, тобто була б різниця потенціалів, то виник би струм, внаслідок якого все одно сталося б вирівнювання потенціалу у цих ділянках.
а) б)
Рис. 2. Зонна діаграма розділених напівпровідників п- і р-типу (а); і цих же напі-впровідників, приведених в безпосередній контакт при формуванні р-п-переходу (б)
Якщо джерело зовнішньої напруги під’єднане д...