Контрольная работа по дисциплине Электроника
 Скачать 303.41 Kb.
|
10 -4 . Учитывая, что на коэффициент влияет большое количество факторов и нет точного определения его, что вносит незначительную часть при определении плотности тока термоэмиссии, мы будем использовать формулу Ричардсона-Дешмана для всех типов термокатодов.Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный аграрный университет Северного Зауралья Инженерно-технологический институтКафедра «Энергообеспечения сельского хозяйства»Специальность/Направление подготовки 35.06.04 «Агроинженерия» (шифр) (наименование) КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА По дисциплине «Электроника» Вариант №48 Выполнил: Шемякин Антон Станиславович группы Б-ЭЭ-41з курса 4 /_________________/ (подпись) Тюмень 2021 год Содержание18 Классификация полупроводниковых диодов………………………….360 Термодинамическая работа выхода электрона………………………..8Список литературы………………………………………………………..11 18 Классификация полупроводниковых диодов.Классификация диодов.Промышленность выпускает большое разнообразие полупроводниковых вентилей, которые могут применяться во многих отраслях хозяйствования. Классифицировать эти устройства можно по общим признакам: По материалу полупроводника, из которого они изготавливаются (кремний, германий, арсенид галлия); По физическим процессам, совершающим работу (в туннельных, в фотодиодах, в светодиодах); По предназначению (стабилитрон, выпрямительный, импульсный, варикап и др.); По технике изготовления электрического перехода (сплавной, диффузный и др.); По виду (типу) электрического перехода (точечный, плоскостной).  Рис.1 Классификация полупроводниковых двухполюсников. Типы диодов по назначению.По функциональному назначению различают диоды: Выпрямительный (для преобразования переменного тока в постоянный); Импульсный (применяют в импульсных режимах); Шотки (для преобразования и обработки сверхвысокочастотных сигналов при частоте более 300 МГц); Детекторный СВЧ (для детектирования сверхвысокочастотных сигналов); Переключающий СВЧ (для управления в устройствах уровнем СВЧ мощности); Стабилитрон (для стабилизации напряжения); TVS (для подавления импульсных электрических перенапряжений, превышающих напряжение лавинного пробоя прибора); Стабистор (для стабилизации напряжения); Стабилитрон с напряжением, равняющимся ширине запрещенной зоны; Лавинно-пролетный (ЛПД) (для генерации сверхвысокочастотных колебаний); Туннельный (для генерирования колебаний); Обращенный (проводимость которого при обратном напряжении больше, чем при прямом); Варикап (применяют как элемент с управляемой электричеством ёмкостью); Фотодиод (для нагнетания под воздействием света заряженных неосновных носителей в базу); Светодиод (для излучения основных носителей заряда под воздействием электрического тока). Типы диодов по частотному диапазону Классификация диодов осуществляется по рабочей частоте.Двухполюсники могут быть: Низкочастотными, с частотой меньше 1000 Гц; Высокочастотными, с частотой больше 1000 Гц; Импульсными, используемыми в цепи, где требуется высокая скорость срабатывания. Диоды с выпрямляющим переходом металл-полупроводник отличаются меньшим, чем у двухполюсников с p-n переходом, напряжением пробоя и более высокими частотными характеристиками (Шоттки). Маломощные высокочастотные и импульсные диоды (вентили) работают на высоких частотах или в быстродействующей импульсной схеме. Типы диодов по размеру перехода.По размеру перехода диоды делятся на: плоскостные, точечные.  Рис.2 Классификация по размеру перехода и условные обозначения. В точечных приборах применяются пластины германия или кремния с электропроводностью n-типа, толщиной 0,1 …0,6 мм и площадью 0,5 … 1,5 кв. мм. В плоскостных устройствах образование р-n перехода происходит между двумя полупроводниками с различными типами электропроводности. Типы диодов по конструкции.По конструкции корпуса п/п диоды могут быть в штыревом, таблеточном, с корпусом под запрессовку, модульном исполнении. Штыревой корпус состоит из мощной основы со штырем и герметично закрывающейся крышки. В образовавшуюся непроницаемую полость помещают структуру полупроводника.  Рис.3 Штыревая конструкция с гибким (а) и с жестким выводом (б). Корпусы фланцевой конструкции отличаются от штыревой конструкции отсутствием штыря и внешней формой основания в виде фланца. Особенности штыревой и фланцевой конструкций диодов способствуют процессу одностороннего охлаждения их структуры. Применяют эти двухполюсники для токов 320-500 А. Таблеточный корпус приспособлен для присоединения отводов тепла и проводников тока к основанию посредством прижимного устройства. Такая конструкция позволяет осуществлять односторонний и двухсторонний тепловой отвод от структуры прибора. Используется на токах 250 А и выше.  Рис.4 Конструкция корпуса под запрессовку с гибким (а) и жестким (б) выводами. Корпус диода под запрессовку состоит из пустотелого цилиндра с рифлёной поверхностью и дна – основания, на котором расположена структура полупроводника. Закрытие второго торца цилиндра осуществляется проходным изолятором с гибким или жестким выводом. Двухполюсники в корпусах под запрессовку производятся в прямой полярности, когда анод находится на основании, и в обратной полярности, когда катод находится на основании. Корпус под запрессовку предусматривает одностороннее охлаждение полупроводника, используется на ток до 25 А. Модульные конструкции полупроводниковых двухполюсников состоят из основания с изолирующей теплопроводной прокладкой, на которой расположена одна или несколько п/п структур, и защитного корпуса с электрическими выводами. Основание устройства, обеспечивающее отвод тепла, выпускается электрически изолированным от выводов полупроводниковых структур, включенных в состав модуля. Модульные конструкции изготавливают в разных комбинациях полупроводников на токи до 160 А. Другие типы.Селеновые выпрямители, уступающие устройствам из кремния и германия по многим показателям, обладают уникальными возможностями самовосстановления при пробое. В месте выгорания селена не происходит короткого замыкания. Медно-закисные выпрямители характеризуются низким обратным напряжением, низкой рабочей температурой, малым отношением прямого и обратного сопротивления. 60 Термодинамическая работа выхода электронаРассмотрим зонную диаграмму полупроводников p- и n-типов. На рисунке 1 использованы следующие обозначения: ч - энергия электронного сродства (численно равная работе, необходимой для перевода электрона со дна зоны проводимости в вакуум без сообщения ему кинетической энергии [5]); - ширина запрещенной зоны;  - энергия середины запрещенной зоны; - дно зоны проводимости; - потолок валентной зоны; - объемное положение уровня Ферми в полупроводнике n-типа;  - объемное положение уровня Ферми в полупроводнике p-типа; - уровень вакуума (энергия электрона, находящегося в вакууме и не испытывающего никакого силового воздействия).  Рис.1 Зонная диаграмма полупроводников: а) n-типа; б) p-типа Поскольку энергия Ферми отрицательна F < 0, то расстояние до уровня Ферми F, отсчитанное от уровня вакуума Е0 = 0, будет положительным. Обозначим его Ф и назовем термодинамической работой выхода: Здесь речь идет о внешней работе выхода - минимальной энергии, которую нужно затратить для перемещения электрона с уровня Ферми твердого тела в вакуум. Получаем следующие выражения для термодинамической работы выхода в полупроводниках n-типа Фn и p-типа Фp:   (При рассмотрении предполагается, что уровень Ферми в собственном полупроводнике находится посередине запрещенной зоны). Из соотношений (2) и (3) следует, что термодинамическая работа выхода из полупроводника p-типа всегда будет больше, чем из полупроводника n-типа, а следовательно, ток термоэлектронной эмиссии, обусловленный электронами, способными покидать поверхность тела вследствие теплового возбуждения, с полупроводника n-типа будет больше, чем с полупроводника p-типа. Выражение для тока термоэлектронной эмиссии задается известным уравнением Ричардсона-Дашмена:  является универсальной постоянной и не зависит от рода эмиттера. Энергия Ферми определяется соотношением  Видно, что не зависит в первом приближении от температуры и поэтому можно заменить эффективной работой выхода , тогда где - работа выхода, выраженная в джоулях. Уравнение Ричардсона-Дешмана показывает, что плотность тока термоэлектронной эмиссии с поверхности металла зависит от температуры и эффективной работы выхода материала. Уравнение определения плотности тока термоэмиссии применимо не только к металлическим, но и к полупроводниковым катодам любого типа. Специфика состоит, однако, в том что, если у металлов положение уровня Ферми можно было в первом приближении считать не зависящим от температуры и рассматривать эфф. как постоянную данного материала, то у примесных полупроводников положение уровня Ферми зависит от температуры. Температурный коэффициент работы выхода () был определен для металлов |