Dioda ze złączem pn

1

Dioda ze złączem pn

Zad. 3.1

Dwa złącza p-n wykonano w układzie scalonym w trakcie jednego
procesu dyfuzji domieszek. Złącza te połączono szeregowo oraz
spolaryzowano prądem i znacznie większym od ich prądów nasycenia
(rys 3.1). Wyznaczyć różnicę napięć (u

D1

- u

D2

) na złączach w

temperaturze T = 300 K wiedząc, że powierzchnia złącza D

1

jest

dwukrotnie mniejsza od powierzchni złącza D

2

.

2

D

i

1

D

u

1

D

2

D

u

?

u

u

2

D

1

D

=

−

zał.

2

S

1

S

, I

I

i

>>

2

1

T

T

=

2

D

1

D

S

2

1

S

⋅

=

Rys. 3.1

Zad. 3.2

Krzemowa dioda idealna, opisana charakterystyką
eksponencjalną, jest włączona w obwód jak na rysunku.
Wyznaczyć prąd w obwodzie oraz napięcie na diodzie z dokładnością
lepszą niż 0.1 %.
Dane: E = 3 V, R = 10 Ω, I

s

= 0.1 pA, T = 300 K.

R

u

V

3

E

=

u

Ω

= 10

R

%

1

.

0

≤

ε

K

300

T

=

i

pA

1

.

0

I

S

=

Dane

Rys. 3.2

Dioda ze złączem pn

2

Zad. 3.3

Nachylenie charakterystyki statycznej diody półprzewodnikowej
wyznaczone przy prądzie I = 0.2 A wynosi du/di = 1 Ω. Obliczyć
rezystancję szeregową diody. Przyjąć

T = 300 K.

A

2

.

0

u

i

di

du

A

B

Ω

=

1

di

du

Rys. 3.4

Zad. 3.4

Dla diody idealnej dane jest

Ω

= 1

di

du

przy prądzie

. Oblicz ,

.

0

I

0

I

K

300

T

=

Zad. 3.5

Obliczyć wartość składowej stałej i zmiennej napięcia

u

D

na idealnej

diodzie krzemowej (rys. 3.7) dla dwóch temperatur

T

1

= 300 K

oraz

T

2

= 450 K

. Przyjąć małą wartość częstotliwości sygnału

harmonicznego. Zależność

( )

T

n

i

zilustrowano na rys 3.6.

Dane

( )

A

10

300

I

12

S

−

=

0

→

ω

K

300

T

1

=

K

450

T

2

=

mA

1

I

m

=

A

1

I

0

=

∞

=

C

t

sin

I

m

ω

⋅

D

u

Rys. 3.7

Dioda ze złączem pn

3

ln n

i

Rys. 3.8

Zad. 3.6

Powtórzyć obliczenia z zadania 3.5 dla temperatury

T

1

= 300 K

,

przyjmując częstotliwość sygnału harmonicznego

MHz

1

f

=

.

Dane

( )

pF

2

0

C

j

=

( )

pF

6

A

2

C

d

=

V

8

.

0

U

B

=

Dioda ze złączem pn

4

Zad. 3.7

Obliczyć prąd

w obwodzie pokazanym na

rys. 3.11

.

A

i

Dane
f = 10

5

Hz

T = 450 K
I

S

(450) = 10

-9

A

C

j

(0) = 5 pF

U

0

= 1 mV

C

d

(1A) = 50 pF

Rys. 3.11

A

I

t

sin

U

0

ω

⋅

~

Zad. 3.8

Obliczyć wartość prądu

i

A

w obwodzie jak na rys 3.13 zawierającym

diodę idealną

D

. Temperatura

T = 400 K

Dane

U

0

= 2 mV

f = 10

6

Hz

I

S

(400 K) = 10

-10

A

C

j

(0) = 10 pF

C

d

(2A) = 20 pF

Rys. 3.13

A

i

t

sin

U

0

ω

⋅

~

Ω

= 1

R

D

A

B

Zad. 3.9

Dioda krzemowa

D

o charakterystyce pokazanej na rys. 3.16b pracuje w

układzie jak na rys. 3.16a. Wyznaczyć wartość prądu

i

R

oraz moce

wydzielane we wszystkich elementach układu.

Ω

= 1

R

1

D

R

i

Ω

= 1

R

2

V

10

E

=

V

20

−

V

7

.

0

i

u

∫∫

D

u

)

a

)

b

Rys. 3.16

Dioda ze złączem pn

5

Zad. 3.10

Oblicz wartość prądu

i

w układach przedstawionych na rys. 3.17a i

3.17.b. Charakterystyka diody pokazana jest na rys. 3.17c.

i

Ω

1

D

V

30

E

=

i

Ω

1

D

V

30

E

=

V

20

−

V

7

.

0

i

u

∫∫

)

a

)

b

)

c

Rys. 3.17

Zad. 3.11

Obliczyć składową stałą oraz amplitudę składowej zmiennej napięcia na
diodzie pracującej w układzie z rys. 3.20, której charakterystyka
pokazana jest na rys. 3.21.

A

5

.

0

I

A

=

mA

1

I

a

=

Ω

= 2

r

z

0

→

ω

K

300

T

=

Dane

AB

u

t

sin

I

I

a

A

ω

⋅

+

A

B

Rys. 3.20

Dioda ze złączem pn

6

V

9

.

0

u

∫∫

A

10

V

22

−

A

1

i

V

20

U

Z

−

=

Rys. 3.21

Zad. 3.12

Oblicz wartości prądu

w układzie z rys. 3.23.

A

i

Charakterystyka diody Zenera podana jest na rys. 3.24.

Dane:

ab

U

A

B

A

i

t

sin

mV

1

V

21

ω

⋅

+

MHz

200

f

=

( )

nF

10

A

1

C

d

=

( )

nF

10

0

C

j

=

U

B

= 0.7 V

Rys. 3.23

u

∫∫

V

25

−

A

10

I

A

=

i

A

V

20

U

Z

−

=

Rys. 3.24

Dioda ze złączem pn

7

Zad. 3.13

D

wójnik nieliniowy jest opisany zależnością

i

ln

4

u

⋅

=

Znaleźć wartość konduktancji dyfuzyjnej tego elementu dla napięcia

U = 4 V

.

Zad. 3.14

Dla diody rzeczywistej zmierzono współrzędne dwóch punktów na
charakterystyce statycznej. Wynoszą one:

,

,

mV

530

U

1

=

mA

1

I

1

=

mV

680

U

2

=

,

mA

10

I

2

=

. Wyznaczyć spadek

napięcia na diodzie oraz rezystancję różniczkową tej diody przy prądzie

I

3

= 30 mA

. Przyjąć

T = 300 K

.

Zad. 3.15

Dla diody zmierzono admitancję przy pulsacji

Otrzymano:

.

s

/

rd

10

7

1

=

ω

[ ]

mS

l

j

8

.

38

y

1

+

=

Wyznaczyć admitancję

tej diody przy pulsacji

i przy

prądzie stałym

2

y

10

s

/

rd

10

6

2

=

ω

mA

I

2

=

. Przyjąć:

pA

1

I

S

=

,

( )

pF

10

0

C

j

=

K

300

,

, złącze posiada charakter skokowy;

V

7

.

0

U

B

=

T

=

.

Zad. 3.16

Dioda Zenara pracuje w temperaturze

K

300

T

1

=

w układzie jak na

rysunku. W tej temperaturze napięcie przebicia diody wynosi

50 V

.

Rezystancja dynamiczna w zakresie przebicia wynosi

, prąd

generacyjny

, prąd nasycenia

0

r

z

=

0

i

G

=

A

10

I

10

S

−

=

, temperaturowy

współczynnik zmian przebicia napięcia przebicia

1

K

%

−

Z

0

=

β

3

.

.

Obliczyć wartość prądu

w temperaturze

470 K

.

A

i

D

Ω

= 60

R

V

60

E

=

A

i

Rys. 3.27

Dioda ze złączem pn

8

Zad. 3.17

Na podstawie pomiarów stwierdzono, że idealna dioda krzemowa przy
napięciu

U = 650 mV

przewodzi prąd

I = 10 mA

.

Oblicz zmiany prądu płynącego przez diodę przy następujących
zmianach napięcia na diodzie.

a)

mV

1

u

±

=

Δ

b)

mV

10

u

±

=

Δ

c)

mV

100

u

±

=

Δ