ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Расчет геометрических размеров слоев выпрямительного элемента
Проверка соответствия расчетных и заданных значений основных параметров диода и корректировка расчетов
РАССЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Проверка соответствия расчетных и заданных значений основных параметров диода и корректировка расчетов
Навигация
РАССЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Расчет выпрямительного диффузионного диода
37140
знаков
3
таблицы
6
изображений
2. РАССЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Расчет удельного сопротивления исходного кристалла
В качестве исходного материала выбираем кремний n-типа проводимости.
Выбор удельного сопротивления исходного кристалла производится то напряжению лавинного пробоя.
Напряжение лавинного пробоя определяется по заданному значению повторяющегося импульсного обратного напряжения Urrm . В соответствии с формулой (1.2.1), задавшись коэффициентом запаса k = 0.80, найдем напряжение лавинного пробоя:
В.
Так как мы имеем дело с диффузионным p-n – переходом, распределение примеси в котором аппроксимируется экспонентой, то следует уточнить напряжение лавинного пробоя. Для этого сначала по формуле (1.2.9б) в первом приближении определим ширину области объемного заряда при напряжении лавинного пробоя:
мкм.
Далее, выбрав λ = 8 и сравнив lBс 5λ, из (1.2.8б) в первом приближении определим значение концентрации легирующей примеси в исходном кристалле:
см-3.
Имея значения параметров lB, λ и N0 в первом приближении, по выражению (1.2.7) можно уточнить напряжение лавинного пробоя экспоненциального p—n-перехода.
В.
Определим расхождение значения напряжения лавинного пробоя полученного по (1.2.1) с тем же полученным по (1.2.7):
Учитывая то, что расхождение меньше 3%, то расчет на этом можно закончить и установить удельное сопротивление ρ исходного кристалла. По графику зависимости удельного сопротивления от концентрации легирующей примеси [2], находим, что для N0 = 5,69×1013 – ρ = 70 Ом×см.
2.2 Расчет геометрических размеров слоев выпрямительного элемента
Расчет геометрических размеров слоев диффузионного выпрямительного элемента проведем, используя приближение экспоненциального перехода.
Из рисунка 1.2.1 видно, что слоями нашей конструкции выпрямительного элемента являются p+ n и n+ слои, для расчета которых необходимо определить xj, dn и xjn.
Глубину залегания p - n перехода xjможно рассчитать используя выражение (1.3.1) откуда:
мкм, Примем xj = 55мкм.
Тогда из (1.2.3) можно определить параметры диффузии Dt:
см-2.
Далее, для определения dnнайдем расширение ООЗ в n-область по (1.3.2)
мкм.
Так как lnB много больше 150 мкм то расширение ООЗ в базу ограничим и примем:
мкм.
Для выпрямительных диодов xjn обычно составляет 30-50 мкм.
Выберем xjn= 40 мкм.
Теперь по (1.3.3) определим общую толщину выпрямительного элемента
W = xj + хjn + dn = 55 + 40 + 175 = 270 мкм.
2.3 Расчет диаметра выпрямительного элемента и выбор конструкции корпуса диода
Расчет диаметра выпрямительного элемента производится исходя из средней мощности прямых потерь в диоде и максимально возможной отводимой мощности, обеспечиваемой выбранной конструкцией корпуса диода. Для определения диаметра выпрямительного элемента по критерию (1.4.3) необходимо вычислить среднюю мощность прямых потерь в диоде по (1.4.4).
Прежде построим прямую ВАХ диода единичной площади. Для этого воспользуемся формулой (1.4.7), но следует определить сначала по (1.4.8) и (1.4.9) входящие в него компоненты (μP(Si) = 470 см2 /(В×с), ni= 1,45×1010 см-3):
мкс.
см.
А/см2.
Задавшись плотностью прямого тока jF по (1.4.7) определим падение напряжения в прямом направлении VF. Полученные результаты занесем в таблицу.
Таблица – 2.3.1
| jF,А/см2 | 10 | 50 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 350 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | 950 | 1000 |
| VF,В | 0,88 | 1,00 | 1,09 | 1,16 | 1,23 | 1,29 | 1,35 | 1,41 | 1,47 | 1,53 | 1,59 | 1,65 | 1,70 | 1,76 | 1,82 | 1,87 | 1,93 | 1,98 | 2,04 | 2,09 | 2,15 |
По данным таблицы строим ВАХ диода единичной площади приложение А.
Дальнейший расчет производится следующим образом: чтобы рассчитать мощность прямых потерь в диоде по (1.4.4) сначала необходимо определить активную площадь структуры по (1.4.5). Для определения площади зададимся стандартными значениями dB[1], угол фаски φ возьмем равным 40°. Рассчитав SАКТ, находим плотность тока jFчерез выпрямительный элемент при I = 2,5 IFAV по (1.4.6), далее по (1.4.7) определяем значение прямого падения напряжения для найденных значений jF. Далее по (1.4.4) рассчитываем выделяемую мощность потерь. Для определения отводимой мощности от выпрямительного элемента воспользуемся формулой (1.4.10). По таблице 4.1 для заданного URRM = 2000 В находим Tjm=175°C, Tc=125°C. Значения Rthjc для различных типов корпусов (возьмем таблеточную конструкцию, штыревую с паяными контактами и штыревую с прижимными контактами) приводятся в [1]. Вычислив значения SАКТ, jF, UF(2,5×IFAV), PВЫД и PОТВ для каждого из принятых диаметров занесем все в таблицу.
Таблица 2.3.1
| dB, см. | Sакт, см2. | jF, А/см2. | UF(2,5IFAV), В. | Pвыд, Вт. | Pотв, Вт. | ||
| паян. | приж. | табл. | |||||
| 0,6 | 0,330 | 2652,2 | 4,67 | 1634,1 | 21,74 | ||
| 0,8 | 0,561 | 1549,0 | 3,19 | 1115,4 | 35,71 | ||
| 1,0 | 0,864 | 1014,3 | 2,46 | 861,06 | 41,67 | ||
| 1,3 | 1,434 | 613,17 | 1,91 | 666,83 | 71,43 | 125,00 | |
| 1,6 | 2,139 | 410,28 | 1,62 | 565,92 | 125,0 | 151,52 | |
| 1,8 | 2,685 | 326,29 | 1,49 | 523,01 | 192,31 | ||
| 2,0 | 3,293 | 265,68 | 1,40 | 491,31 | 227,27 | 454,55 | |
| 2,4 | 4,710 | 185,96 | 1,28 | 448,04 | 312,50 | 625,00 | |
| 3,4 | 9,336 | 93,741 | 1,12 | 393,03 | 500,00 | 909,09 | |
| 4,0 | 12,87 | 68,014 | 1,07 | 375,33 | 1250,0 | ||
| 5,0 | 20,01 | 43,747 | 1,02 | 356,09 | 1666,6 | ||
| 5,6 | 25,04 | 34,942 | 0,99 | 347,95 | 2000,0 | ||
| 6,5 | 33,66 | 25,991 | 0,97 | 338,44 | 2500,0 | ||
| 8,0 | 50,85 | 17,210 | 0,93 | 326,88 | 3333,3 | ||
По данным таблицы 2.3.1 строим график зависимости выделяемой и отводимой мощности от диаметра выпрямительного элемента (Приложение В), по которому из условия (1.4.3) выбираем таблеточный корпус с dB= 24 мм. Для которого Pвыд =448 Вт а Pотв = 312 Вт, следовательно условие (1.4.3) выполняется.
Так как найденное по графику значение dB=21мм, а выбранное нами dB= 24 мм то температуру корпуса диода, при которой устанавливается предельный ток, можно повысить до значения [3]:
°C
Похожие работы
... измениться в е раз из-за рекомбинации. Для диода с тонкой базой при низкой частоте постоянная времени равна (1.6) 2. РАСЧЕТ и исследование мощных низкочастотных диодов на основе кремния 2.1 Расчет параметров диода Проведем расчет и исследования статических и динамических характеристик 4H-SiC p+-п0-n+ диодов, рассчитанных на обратное напряжение 6, 10 и 20 кВ и ...
... диода Обращенные диоды применяют в импульсных устройствах, а также в качестве преобразователей сигналов (смесителей и детекторов) в радиотехнических устройствах. 3.4 Варикапы Варикап – это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости от величины обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. ...
... не происходит в прямом направлении, то нечему рассасываться в момент закрытия барьерного перехода, что происходит практически мгновенно (0,1 нс и менее Fраб = 3-15 ГГц). Стабилитроны - это полупроводниковые диоды, обладающие большой крутизной обратной ветви ВАХ (рис. 6) в области напряжения лавинного пробоя Uпроб. Рис. 6. Принцип стабилизации напряжения с помощьюполупроводникового стабилитрона ...
... его сопротивления и, таким образом, ток, протекающий через канал, порождает условия, при которых происходит ограничение его возрастания. Механизм насыщения скорости дрейфа позволяет получить совпадение теории и эксперимента; дело в том, что почти все падение напряжения сосредоточено в самой узкой части канала (верхней его части - горловине). В результате в этой области напряженность поля ...
0 комментариев