Задачи по ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ СПб ГУТ

Задача 1.1. В полупроводнике n-типа концентрация атомов донорной примеси составляет N_д = 10¹⁶ см^-3, Т = 300 К. Определить: Концентрации основных и неосновных носителей заряда n_n и p_n и положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны Е_Fn-E_i. Вариант 01 - Материал полупроводника – GаAs.

Задача 1.2. В полупроводнике n-типа уровень Ферми Е_Fn расположен на 0,25 эВ выше середины запрещенной зоны E_i. Определить: Концентрации основных и неосновных носителей заряда n_n и p_n Вариант 13 - Материал полупроводника – Ge.

Задача 1.3. В полупроводнике р - типа концентрация атомов акцепторной примеси составляет 𝑁_а = 10¹⁷ см⁻³ , Т = 300 К. Определить: Концентрации основных и неосновных носителей заряда p_p и n_p и положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны Е_Fp - E_i. Вариант 24 - Материал полупроводника – кремний.

Задача 1.4. В полупроводнике p-типа уровень Ферми Е_Fn расположен на 0,25 эВ ниже середины запрещенной зоны E_i. Определить: Концентрации основных и неосновных носителей заряда n_p и p_p. Вариант 29 - Материал полупроводника – Si.

Задача 1.5. В полупроводнике n − типа концентрация атомов донорной примеси составляет N_д = 10¹⁷ см^-3, Т = 300 К. Определить: Удельное сопротивление полупроводника ρ_n и его отношение к удельному сопротивлению собственного полупроводника ρ_n/ρ_i. Вариант 18 - Материал полупроводника – германий. Вариант 21 - Материал полупроводника – кремний.

Задача 1.6. Отношение удельного сопротивления полупроводника n – типа к удельному сопротивлению собственного полупроводника составляет ρ_n/ρ_i = 10^-3, Т = 300 К. Определить: Концентрацию атомов донорной примеси N_Д. Вариант 17 - Материал полупроводника – германий. Вариант 28 - Материал полупроводника – кремний.

Задача 1.8. Отношение удельного сопротивления полупроводника p – типа к удельному сопротивлению собственного полупроводника составляет ρ_p/ρ_i = 10^-4, Т = 300 К. Определить: Концентрацию атомов акцепторной примеси N_А. Вариант 22 - Материал полупроводника – кремний.

Задача 1.9. Время жизни неравновесных электронов в полупроводнике, находящемся под внешним воздействием. Вариант 20 - τ = 10^-6 с. Определить: Относительное уменьшение концентрации избыточных электронов за время t = 2 мкс после выключения внешнего воздействия Δn(t)/Δn(0).

Задача 1.10. Время жизни неравновесных электронов в полупроводнике, находящемся под внешним воздействием. Вариант 15 - τ = 10^-6 с, K = 3. Вариант 27 - τ = 10^-7 с, K = 5. Определить: Интервал времени t после выключения внешнего воздействия, в течение которого концентрация избыточных электронов уменьшится в К раз.

Задача 1.11. Полупроводник находится под стационарным внешним воздействием, выражающемся в инжекции в него электронов в сечении х_р. Вариант 23 - Диффузионная длина электронов L_n = 0,01см. x = 0,04 см. Определить: Относительное уменьшение концентрации избыточных электронов на расстоянии х от места их введения Δn(х + х_p)/Δn(х_p).

Задача 1.13. Полупроводник находится под стационарным внешним воздействием, выражающемся в однородном облучении его светом. Вариант 26 - Скорость генерации электронов под действием света G_вн = 10²⁰ см^-3/с. Время жизни неравновесных электронов в полупроводнике τ = 10^-7 с. Определить: Избыточную концентрацию электронов Δn.

Задача 2.1. Концентрация атомов донорной и акцепторной примеси в областях полупроводника, образующих резкий p-n переход равны N_д = 10¹⁶ см^-3, N_a = 10¹⁵ см^-3. Т = 300 К. Определить: Контактную разность потенциалов φ_ко и ширину перехода Δ₀ в равновесном состоянии (u = 0), а также отношение ширины участков перехода, лежащих в n - и р-областях Δ_n/Δ_p. Дополнительные сведения: Вариант 17 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,045 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,03 см. Площадь перехода: S = 0,001 см². Вариант 24 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов Ln = 0,015 см. Диффузионная длина дырок Lр = 0,01 см. Площадь перехода: S = 0,04 см². Вариант 27 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,015 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,01 см. Площадь перехода: S = 0,004 см².

Задача 2.2. Удельные сопротивления областей полупроводника, образующих резкий p-n-переход, равны ρ_n = 1 Ом⋅см и ρ_p = 10 Ом⋅см, T = 300 K. Определить: Контактную разность потенциалов φ_к и ширину перехода Δ при подаче на переход обратного напряжения u = 5 В. Дополнительные сведения: Вариант 23 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,045 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,03 см. Площадь перехода: S = 0,001 см².

Задача 2.3. Контактная разность потенциалов в резком p-n-переходе φ_k = 0,7 В. Удельная электрическая проводимость р-области σ_р = 1 См/см, T = 300 K. Определить: Ширину перехода Δ₀ и отношение ширины участков перехода, лежащих в n- и р-областях Δn/Δp. Дополнительные сведения: Вариант 01 - Материал полупроводника – Ge. Диффузионная длина электронов L_n = 0,017 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,01 см. Собственная концентрация носителей заряда: 𝑛_𝑖 = 2,4∙10¹³ см⁻³.

Задача 2.4. Отношение ширины участков резкого p-n-перехода, лежащих в n- и р-областях Δn/Δp = 0,1. Удельная электрическая проводимость р − области σ_р = 10 См/см, T = 300 К. Определить: Контактную разность потенциалов φк и ширину перехода Δ₀ в равновесном состоянии (u = 0). Дополнительные сведения: Вариант 18 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,015 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,01 см. Площадь перехода: S = 0,04 см². Подвижности носителей в кремнии. 𝜇_𝑛 = 1500 см²/В∙с; 𝜇_р = 450 см²/В∙с.

Задача 2.5. Обратный тепловой ток резкого p-n-перехода I₀ = 10^-15А, сопротивление тела базы равно r^/_Б, T = 300 K. Рассчитать и построить на графике прямую ветвь ВАХ p-n-перехода в интервале токов i = 0…20 мА. Провести ее кусочно-линейную аппроксимацию и определить пороговое напряжение U*. Определить во сколько раз изменится тепловой ток при изменении температуры на ΔТ. Дополнительные сведения: Вариант 14 - Материал полупроводника – Ge. Сопротивление тела базы: r^/_Б = 30 Ом. Изменение температуры ΔT = 40 К.

Задача 2.6. Обратный тепловой ток резкого p-n-перехода I₀ = 10^-12А, сопротивление тела базы равно r^/_Б, T = 300 K. Рассчитать и построить на графике прямую ветвь ВАХ p-n-перехода в интервале токов i = 0…20 мА. Провести ее кусочно-линейную аппроксимацию и определить пороговое напряжение U*. Определить смещение прямой ветви ВАХ вдоль оси напряжений Δu при изменении температуры на ΔТ. Дополнительные сведения: Вариант 22 - Материал полупроводника – Si. Сопротивление тела базы: r^/_Б = 50 Ом. Изменение температуры ΔT = 20 К.

Задача 2.7. Концентрация атомов донорной и акцепторной примеси в областях полупроводника, образующих резкий p-n переход равны N_д = 1017 см^-3, N_a = 10¹⁴ см^-3, Т = 300 К. Площадь перехода равна S. Определить: Обратный тепловой ток перехода I₀, барьерную емкость С_бар при подаче на переход обратного напряжения u = 5 В. Дополнительные сведения: Вариант 15 - Материал полупроводника – Ge. Диффузионная длина электронов L_n = 0,05 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,03 см. Площадь перехода: S = 0,004 см². Вариант 20 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,045 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,03 см. Площадь перехода: S = 0,001 см².

Задача 2.8. Концентрация атомов донорной и акцепторной примеси в областях полупроводника, образующих резкий p-n переход равны N_д = 10¹⁸ см^-3, N_a = 10¹⁶ см^-3. Площадь перехода равна S = 0,002 см². Время жизни неравновесных электронов τ_н = 10^-6 с, Т = 300 К. Определить: Обратный тепловой ток перехода I₀, дифференциальное сопротивление r_pn и диффузионную емкость С_диф при прямом токе i = 10 мА. Дополнительные сведения: Вариант 13 - Материал полупроводника – Ge, Диффузионная длина электронов L_n = 0,017 см., Диффузионная длина дырок L_р = 0,01 см. Вариант 19 - Материал полупроводника – Si, Диффузионная длина электронов L_n = 0,03 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,02 см. Вариант 28 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,030 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,02 см.

Задача 2.9. Концентрация атомов донорной и акцепторной примеси в областях полупроводника, образующих резкий p-n переход равны N_д = 10¹⁸ см^-3, N_a = 10¹⁵ см^-3. Площадь перехода равна S = 0,004 см². Время жизни неравновесных электронов τ_н = 10^-6 с, Т = 300 К. Определить: Обратный тепловой ток перехода I₀, барьерную емкость перехода С_бар в равновесном состоянии (U = 0) и диффузионную емкость С_диф при прямом токе i = 10 мА. Дополнительные сведения: Вариант 21 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,015 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,01 см

Задача 2.10. Концентрация атомов донорной и акцепторной примеси в областях полупроводника, образующих резкий p-n переход равны N_д = 10¹⁷ см^-3, N_a = 10¹⁵ см^-3, Т = 300 К. Площадь перехода равна S. Определить: Обратный тепловой ток перехода I₀, барьерную емкость С_бар и дифференциальное сопротивление перехода r_pn в равновесном состоянии (u = 0, i = 0). Дополнительные сведения: Вариант 26,29 - Материал полупроводника – Si. Диффузионная длина электронов L_n = 0,045 см. Диффузионная длина дырок L_р = 0,03 см. Площадь перехода: S = 0,001 см².

Задача 3.1. Биполярный транзистор n-p-n структуры включенный по схеме с ОЭ имеет параметры: Вариант 01 - сквозной тепловой ток I₀ = 1·10^-14 А, коэффициент передачи тока базы β = 150, инверсный коэффициент передачи тока базы β_I = 3. Задано напряжение U_кэ = 0,7 В. U_бэ = 0,75 В. Определить в каком режиме работает транзистор. Рассчитать токи в цепях эмиттера i_э, коллектора i_к и базы i_б. Рассчитать токи i_э, i_к и i_б при увеличении напряжения U_бэ на 50 мВ.

Задача 3.2. Биполярный транзистор n-p-n структуры включенный по схеме с ОЭ имеет параметры: Вариант 13 - сквозной тепловой ток I₀ = 3·10^-14 А, коэффициент передачи тока базы β = 150, инверсный коэффициент передачи тока базы β_I = 10. Задано напряжение U_кэ = 4 В. Вариант 15 - сквозной тепловой ток I₀ = 6·10^-14 А, коэффициент передачи тока базы β = 100. Задано напряжение U_кэ = 7 В. Вариант 17 - сквозной тепловой ток I₀ = 3·10^-14 А, коэффициент передачи тока базы β = 150. Задано напряжение U_кэ = 4 В. Вариант 19 - сквозной тепловой ток I₀ = 1,2·10^-13 А, коэффициент передачи тока базы β = 70. Задано напряжение U_кэ = 12 В. Рассчитать и построить на графике входную i_б = f(U_бэ) и управляющую i_к = f(U_бэ) характеристики транзистора. Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_бэ соответствующем изменению тока i_к = 0...20 мА.

Задача 3.3. Биполярный транзистор n-p-n- структуры, включенный по схеме ОЭ, имеет параметры: сквозной тепловой ток I₀, коэффициент передачи тока базы β. Заданы напряжение питания E_К и нагрузочное сопротивление R_К. Вариант 21 - I₀ = 1·10^-14 А, коэффициент передачи тока базы β = 120. Задано напряжение Е_к = 10 В, R_К = 1,1 кОм. Вариант 23 - I₀ = 1·10^-13 А, коэффициент передачи тока базы β = 140. Задано напряжение Е_к = 8 В, R_К = 1,2 кОм. Вариант 27 - I₀ = 1·10^-13 А, коэффициент передачи тока базы β = 90. Задано напряжение Е_к = 9 В, R_К = 1 кОм. Вариант 29 - I₀ = 5·10^-13 А, коэффициент передачи тока базы β = 85. Задано напряжение Е_к = 12 В, R_К = 1,5 кОм.Определить: Рассчитать и построить на графике передаточную характеристику транзистора U_кэ = f(U_бэ). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_бэ, соответствующем изменению напряжения U_кэ = 0… E_К. В рабочей точке, соответствующей U_кэ = E_К/2, рассчитать коэффициенты усиления по току K_I и по напряжению K_U.

Задача 3.5. Полевой транзистор с каналом n-типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры: удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Задано напряжение U_си. Вариант 14 - Удельная крутизна b = 5 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = 3 В. Напряжение между электродами U_си = 12 В. Вариант 18 - Удельная крутизна b = 9 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = 5 В. Напряжение между электродами U_си = 6 В; Вариант 20 - Удельная крутизна b = 11 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = 6 В. U_си = 9 В. Определить: Рассчитать и построить на графике управляющую характеристику транзистора i_с = f(U_зи). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_зи, соответствующем изменению тока i_с = 0…20 мА.

Задача 3.6. Полевой транзистор с каналом n -типа, включенный по схеме ОИ, имеет параметры: удельная крутизна b, пороговое напряжение U_пор. Заданы напряжение питания E_с и нагрузочное сопротивление R_с. Вариант 22 - Удельная крутизна b = 1 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = -2 В. Напряжение питания E_с = 6 В; Нагрузочное сопротивление R_с = 10 кОм. Вариант 24 - Удельная крутизна b = 3 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = -3 В. Напряжение питания E_с = 7 В; Нагрузочное сопротивление R_с = 8 кОм. Вариант 26 - Удельная крутизна b = 5 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = -4 В. Напряжение питания E_с = 8 В; Нагрузочное сопротивление R_с = 10 кОм. Вариант 28 - Удельная крутизна b = 7 мА/В²; Пороговое напряжение U_пор = -5 В. Напряжение питания E_с = 10 В; Нагрузочное сопротивление R_с = 6 кОм. Определить: Рассчитать и построить на графике передаточную характеристику транзистора U_си = f (U_зи). Расчеты выполнить в диапазоне изменения напряжения U_зи = U_пор … 0. В рабочей точке, соответствующей U_си = E_с/2, рассчитать коэффициент усиления по напряжению K_U.