南京邮电大学软件设计试验报告

1、才U燃曙2算软件设计报告（2014/2015学年第二学期）课程名称软件设计指导老师赵江实习时间第十八周学生姓名学号学院专业软件设计课程编号：B0465011C适用专业：班级：一、所涉及的课程及知识点涉及的课程：第6学期之前的专业基础课程。知识点：专业基础课程中所学的知识点。二、目的与任务目的：通过软件设计，培养学生的实践能力和创新精神，加强学生对专业基础课程的理解和掌握，加强学生高级语言编程能力、应用软件以及仿真能力。任务：选择以下任一模块进行设计：Matlab软件仿真、C语言及应用。软件设计的内容12457820781364题目1:如果给出两个矩阵A1220卜面的矩阵运算命令。(1) A5*

2、8和人BI分别是多少(其中I为单位矩阵)(2) A*B和A*B将分别给出什么结果，它们是否相同为什么逻辑功能程序：function=EXP1()A=4,12,20;12,45,78;20,78,136;B=1,2,3;4,5,6;7,8,0;I=eye(3);disp('A+5*B=');disp(A+5*B);disp('A-B+I=')disp(A-B+I);disp('A.*B=');disp(A.*B)disp('A*B=');disp(A*B);End实验过程与结果打开matlab,在命令窗口“CommandMndowZ

3、中键入edit,启动程序编辑器。输入完整程序后利用saveas储存为皿件，文件名为EXP1返回主界面,在命令窗口“CommandWindOW中输入函数EXP1(),按下回车，得到程序运行结果如下：>>EXP1()A+5*B=92235327010855118136A-B+I=41017841721370137A.*B=42460482254681406240A*B=1922288473887330612841518528实验结果分析(1)利用MATLA提供的disp函数既可以输出表达式、数值，也可以输出字符串，其调用方式为：disp(表达式或数值)、disp('待显示字符串

4、);(2)在MATLAB勺矩阵运算中，+、-运算符通用，表示矩阵相加、减;与.*不同在于*表示矩阵乘法，而.*表示矩阵对应位置元素相乘，所以*要求两个矩阵的行、列数互为转置，而.*则要求两个矩阵行、列数要相同；(3)使用eye可以获得单位矩阵函数(矩阵对角线处元素为1,其余元素为0),矩阵的阶数由括号内的值决定，格式为eye(n),n为矩阵阶数。题目2：请绘制出一个圆形，要求用函数实现。逻辑功能程序function=EXP2(a,b,R)t=0:pi/150:2*pi;x=a+R*cos(t);y=b+R*sin(t);holdon;plot(x,y);plot(a,b,'+'

5、);axis(a-R,a+R,b-R,b+R);axisequal;title('圆:(x-a)A2+(y-b)A2=RA2');legend('(x-',num2str(a),')A2+(y-',num2str(b),'2=',num2str(R),'A2');holdoff;end实验过程与结果打开matlab,在命令窗口“CommandMndowZ中键入edit,启动程序编辑器。输入完整程序后利用saveas储存为MC件，文件名为EXP2返回主界面，在命令窗口“CommandWinddW中输入函数EXP2()

6、,按下回车，得到程序运行结果如下：>>EXP2(15,25,40)实验结果分析(1)构建关于圆的参数方程，使用holdon的使用保证后绘的图不会覆盖先绘的图，在程序结束前使用holdoff；(2)为了使圆的圆心位置和半径长度等参数可调，所以函数使用了带参量的输入方式；(3)绘图使用plot函数，带参数可以限制绘图范围，plot函数绘制圆心用符号'+'表示；(4) axisequal是坐标轴刻度等距，这样是图形显示的不失真；(5) lengend、num2str函数添加图形注释，lengend添加注释的调用格式为lengend('字符串'，num2st

7、r使数值转换成字符，num2str(数值或数值的表达式)；题目3：双极型晶体管基区少子浓度分布试绘出缓变基区的杂质分布为： NBxNB01;Wbx NBxNB0eWB时，基区的少子浓度分布图，并能清楚解释各参量对少子浓度分布函数的影响程序说明：当晶体管偏置在有源放大区时，V<0且|W>>kT/q,集电结边缘处电子密度为零，即x=W,阳叫=0。由此边界条件，得到缓变基区少子浓度分布函数:1(x)InEqDnBNb(x)WbxNb(x)cIx假定：InE=;D1bf2crt/s;W=;q=0逻辑功能程序function=Question3()symsxetaNB0InEDnBWB

8、qa;NB1x=NB0*(1-x/WB);NB2x=NB0*exp(-eta*x/WB);nBx=InE*int(NB2x,x,x,WB)/(NB2x*q*DnB);nB0=InE*WB/(q*DnB);y=nBx/nB0;nB0=subs(nB0,InE,DnB,WB,q,2,*10A-19);y=subs(y,x,a*WB);y=subs(y,q,*10A-19);fori=0:2:8yx=limit(y,eta,i);ezplot(yx,0,1);text'=',num2str(i);holdon;endholdoff;gridon;title('不同内建电场下的

9、基区少子浓度分布)；text,'nB0=InE*WB/(q*DnB尸，num2str(nB0*10A-15),'*10A8cmA-2');xlabel('x/WB');ylabel('nBx*q*DnB/(InE*WB)');axis(0,1,0,1);end实验过程与结果打开matlab,在命令窗口“CommandMndowZ中键入edit,启动程序编辑器。输入完整程序后利用saveas储存为MC件，文件名为EXP1返回主界面,在命令窗口“CommandWinddW中输入函数EXP1(),按下回车，得到程序运行结果如下：>>

10、Question3()wqXBnVnB0=InE*WB/(ql*DnB)=1.5625*108cmSi.-nn-,-*II、tI)=0=2%=4T|=8rj=6-'1sN不同内建电场下的基区少子浓度分布0.10.20.30.40.50.60.70.80.91x/WB2-1,9,8oO7,6oO,5,432/ooooO实验结果分析(1)当杂质浓度呈线性分布时，少子浓度分布呈线性变化。少子浓度随基区宽度的增大逐渐减小;(2)当杂质浓度呈指数分布时，少子浓度分布也呈指数变化。少子浓度随基区宽度的增大逐渐减小;(3)随着eta的增大，基区少子浓度逐渐减少，这是因为内建电场增大的原因，达到同样电

11、流密度所需少子浓度梯度较低；(4)符号变量及其表达式的使用需要提前定义，用syms定义；(5)对符号或表达式的积分采用int函数，可以指定上下限，也可以只是不定积分题目4:确定PN结势垒区内电场分布和碰撞电离率随反偏电压的变化关系(1)基本目标：突变结分析(2)标准目标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景(1)突变结势垒区内电场分布分析内建电势VbV0logNdNa2niN区耗尽区宽度xn20-No(VbiqNd12V)122-No(VbiV)P区耗尽区宽度xppqNa其中，V为反偏电压，约化浓度NoNdNaNdNa电场强度Ex在耗尽区中的变化关系如下式(1-4)、(1-5)所示:E(x)

12、(xnX)Nd(sXnx0)、E(x)Q(x-spx)Na(0xxp)且Ex在x0处达到最大值EmaxV)(2)线性缓变结电场分布分析内建电势VbiV010ga121sVbi32niaq其中，杂质浓度梯度a为常数，不妨取1910耗尽区宽度xnxp1122京VbV电场强度E0处达到最大值Emaxaq8sXn2xp电场强度Ex在耗尽区的变化关系为Emaxxp(3)碰撞电离率随反偏电压的变化关系碰撞电离率碰撞电离率表达式中的常数值材料电子空穴mA(cm1)B(V/cm)A(cm1)B(V/cm)硅7.031051.231061.581062.031061代入上式(1-11),得:电子碰撞电离率in7

13、.03105exp1.23106空穴碰撞电离率ip1.58106exp2.03106附：q1.602191019C1408.85410F/cm,s11.90103ni1.510/cmkT0.026Vq逻辑功能程序function=Question4(ND,NA)symsVx;V0=;ni=*10A10;epsilon0=*10A-14;q=*10A-19；a=10A19;An=*10A5;Bn=*10A6;Ap=*10A6;Bp=*10A6;m=1;epsilons=*epsilon0;麻量N0=NA*ND/(NA+ND);Vbi=V0*log(ND*NA/niA2);xn=sqrt(2*ep

14、silons*N0*(Vbi+V)/q)/ND;xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;Exn=q*(xn+x)*ND/epsilons;Exp=q*(xp-x)*NA/epsilons;Emax=subs(Exn,x,0);%Vbih=V0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi/(a*q)A(1/3)A2);xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q)A(1/3);xn_h=xp_h;Emax_h=(a*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)A2;E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)A2

15、);alphai_nn=An*exp(-(Bn/Exn)Am);alphai_pn=An*exp(-(Bn/Exp)Am);alphai_np=Ap*exp(-(Bp/Exn)Am);alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp)Am);alphai_nmax=subs(alphai_nn,x,0);alphai_pmax=subs(alphai_pp,x,0);alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)Am);alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)Am);alphai_nhmax=subs(alphai_nh,x,0);alphai_phmax=subs(alp

16、hai_ph,x,0);%作图%fori=0:2:8figure(1);subplot(2,1,1);%突变结ezplot(subs(Exn,V,i),-subs(xn,V,i),0);holdon;ezplot(subs(Exp,V,i),0,subs(xp,V,i);axis(-subs(xn,V,i),subs(xp,V,i),0,subs(Emax,V,i);ylabel('|E|');text(subs(xp/2,V,i),subs(Exp,x,V,subs(xp/2,V,i),i),'V=',num2str(i),'v');grido

17、n;title('突变结电场分布');subplot(2,1,2);%缓变结ezplot(subs(E_h,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);holdon;axis(-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i),0,subs(Emax_h,V,i);ylabel('|E|');text(subs(xp_h/2,V,i),subs(E_h,x,V,subs(xp_h/2,V,i),i),'V=',num2str(i),'v');gridon;title('线性缓变结电场分

18、布)；figure(2);subplot(2,2,1);%突变结电子碰撞电离率ezplot(sqrt(subs(alphai_nn,V,i),-subs(xn,V,i),0);holdon;ezplot(sqrt(subs(alphai_pn,V,i),0,subs(xp,V,i);axis(-subs(xn,V,i),subs(xp,V,i),0,sqrt(subs(alphai_nmax,V,i);ylabel('(ai)A(1/2)');text(0,subs(sqrt(alphai_pn),x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v&

19、#39;);gridon;title('突变结电子碰撞电离率分布)；subplot(2,2,2);%突变结空穴碰撞电离率ezplot(sqrt(subs(alphai_np,V,i),-subs(xn,V,i),0);holdon;ezplot(sqrt(subs(alphai_pp,V,i),0,subs(xp,V,i);axis(-subs(xn,V,i),subs(xp,V,i),0,sqrt(subs(alphai_pmax,V,i);ylabel('(ai)A(1/2)');text(0,subs(sqrt(alphai_pp),x,V,0,i),'V

20、=',num2str(i),'v');gridon;title('突变结空穴碰撞电离率分布)；subplot(2,2,3);%缓变结电子碰撞电离率ezplot(log10(subs(alphai_nh,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);holdon;ylabel('log10(ai)');text(0,subs(log10(alphai_nh),x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v');gridon;title('线性缓变结电子碰撞电离率分布'

21、);subplot(2,2,4);%缓变结空穴碰撞电离率ezplot(log10(subs(alphai_ph,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);holdon;ylabel('log10(ai)');text(0,subs(log10(alphai_ph),x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v')；gridon;title('线性缓变结空穴碰撞电离率分布');endend实验过程与结果运行matlab,在菜单栏中点击“File”，选择“Ne2>FunctionM-Fil

22、e”命名为Question4,键入整个函数，在主界面的“CommandWindoW中输入函数Question4(ND,NA),其中N电施主杂质浓度，NA受主杂质浓度，接回车会显示结果，具体显示如下：>>Question4(2*10A16,9*10A16)X线性缓变结电场分布-5X10/J、V=8v/c、尸,VV=2<=6v=4vv/y/V=0v4X10|E3210-2-1012-4X10突变结电子碰撞电离率分布X,-Qw403020100v八-6-4-20(1111V=8v1!/V=6vJ/>1J-'/'(V=4VV=2突变结空穴碰撞电离率分布864a2

23、-5x100-6-4-20X-5xx10线性缓变结空穴碰撞电离率分布线性缓变结电子碰撞电离率分布x-4x10实验结果分析(1)对多图的绘制，subplot函数使不同类的函数分别绘制在不同的坐标中，同时使用holdon让曲线叠加；(2)由突变结电场分布图得到势垒区内的电场强度与距离结的距离成线性关系，随着距离增大，电场强度逐渐从最大值减小，直到PN吉的边缘减少为零；(3)由突变结电场分布图还可以得到杂质浓度大的一侧结宽较小，而且结宽之比与浓度之比成反比；(4)电离率随着电场的增加增加，且在电场最大时电离率也是最大，而且电压依赖比较大，同等条件下空穴的电离率要小于电子的电离率;题目5:确定雪崩倍增

24、因子随外加反偏电压的变化关系(1)基本目标：突变结分析(2)标准目标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景空穴雪崩倍增因子Mp1pxpx，1ipexpinipdxdxXn产xn产电子雪崩倍增因子1Mnx；x1xinexp工inipdxdxxnxn逻辑功能程序function=Question5(NA,ND)symsVxt;V0=;ni=*10A10;epsilon0=*10A-14;q=*10A-19；a=10A19;An=*10A5;Bn=*10A6;Ap=*10A6;Bp=*10A6;m=1;epsilons=*epsilon0;N0=NA*ND/(NA+ND);Vbi=V0*log(N

25、D*NA/niA2);麻量%O增因子%9forV=32:46xn=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/ND;xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;Exn=q*(xn+x)*ND/epsilons;Exp=q*(xp-x)*NA/epsilons;Emax=subs(Exn,x,0);%Vbih=V0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi/(a*q)A(1/3)A2)alphai_nn=An*exp(-(Bn/Exn);alphai_pn=An*exp(-(Bn/Exp);alphai_np=Ap*exp(-(Bp/

26、Exn);alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp);int0=quad(matlabFunction(alphai_nn-alphai_np),xn/1000-xn,0);int_nn=quad2d(matlabFunction(alphai_nn.*subs(alphai_nn-alphai_np,x.t),-xn,0,-xn,(x)x);int_pn=quad2d(matlabFunction(alphai_pn.*(subs(alphai_pn-alphai_pp,x,t)+int0),0,xp,0,(x)x);int_n=int_nn+int_pn;Mn=1/(1-int_

27、n);int_np=quad2d(matlabFunction(alphai_np.*subs(alphai_nn-alphai_np,x.t),-xn,0,-xn,(x)x);int_pp=quad2d(matlabFunction(alphai_pp.*(subs(alphai_pn-alphai_pp,x,t)+int0),0,xp,0,(x)x);int_p=int_np+int_pp;Mp=1/(1-int_p);figure(1);subplot(2,1,1);plot(V,Mn);holdon;subplot(2,1,2);plot(V,Mp);holdon;endsubplot

28、(2,1,1);title('突变结电子雪崩倍增因子随电压变化');holdoff;subplot(2,1,2);title('突变结空穴雪崩倍增因子随电压变化');holdoff;%因子%forV=165:245xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q)A(1/3);xn_h=xp_h;Emax_h=(a*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)A2;E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)A2);alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)Am);alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)Am

29、);int2_n=quad2d(matlabFunction(alphai_nh.*subs(alphai_nh-alphai_ph,x.t),-xn_h,xp_h,-xn_h,(x)x);int2_p=quad2d(matlabFunction(alphai_ph.*subs(alphai_nh-alphai_ph,x.t),-xn_h,xp_h,-xn_h,(x)x);Mn_h=1/(1-int2_n);Mp_h=1/(1-int2_p);figure(2);subplot(2,1,1);plot(V,Mn_h);holdon;subplot(2,1,2);plot(V,Mp_h);hol

30、don;endsubplot(2,1,1);title(,缓变结电子雪崩倍增因子随电压变化,);holdoff;subplot(2,1,2);title(,缓变结空穴雪崩倍增因子随电压变化,);holdoff;end实验过程与结果运行matlab,在菜单栏中点击“File”，选择“Ne2>FunctionM-File”命名为Question5,键入整个函数，在主界面的“CommandWindoW中输入函数Question5(ND,NA),其中N电施主杂质浓度，N吸受主杂质浓度，接回车会显示结果，具体显示如下：>>Question5(2*10A16,8*10A16)实验结果分析

31、(1)对于相对复杂的函数，int函数符号积分无法进行运算，只能依靠人为处理化简，选择适当的定积分函数quad,和二重积分函数quad2d,可以减少程序运行的时间；(2)由曲线得在很大范围内倍增因子处于较小的值，而在很小范围内产生突变，曲线的右半侧曲线没有实际意义，因为已超过击穿电压，PN结已击穿；(3)相同情况下，电子的击穿电压低于空穴的击穿电压题目6：确定击穿电压随P区和N区浓度的变化关系。(1)基本目标：突变结分析(2)标准目标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景利用碰撞电离率积分方法确定击穿电压PN结的击穿电压，以及击穿时候的最高电场碰撞电离率i依赖于电场强度Ex,随着反偏电压V的增

32、加，Ex不断增大直至发生击穿，此时的电场强度为Emax。发生雪崩击穿的条件为M,即上式中的积分趋于1,雪崩击穿条件可写为XpX'ipexpinipdxdx1Xni或者Xpx，inexpinipdxdx1xxnn击穿时的电压为BV,最高电场为突变结EmaxJN0(VbisBV)线性缓变结xp1122日BVEmaxaq2xxxxnxp8s逻辑功能程序function=Question6(NA0,ND0)symsVxt;V0=;ni=*10A10;epsilon0=*10A-14;q=*10A-19；a=10A19;An=*10A5;Bn=*10A6;Ap=*10A6;Bp=*10A6;麻量

33、m=1;epsilons=*epsilon0;%»%与浓度%Vout=50;forNA=NA0:NA0:50*NA0N0=NA*ND0/(NA+ND0);Vbi=V0*log(ND0*NA/niA2);int_n=2;V=Vout;while(int_n>1)xn=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/ND0;xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;Exn=q*(xn+x)*ND0/epsilons;Exp=q*(xp-x)*NA/epsilons;%Vbih=V0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi

34、/(a*q)A(1/3)A2)alphai_nn=An*exp(-(Bn/Exn);alphai_pn=An*exp(-(Bn/Exp);alphai_np=Ap*exp(-(Bp/Exn);alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp);int0=quad(matlabFunction(alphai_nn-alphai_np),xn/1000-xn,0);int_nn=quad2d(matlabFunction(alphai_nn.*subs(alphai_nn-alphai_np,x.t),-xn,0,-xn,(x)x);int_pn=quad2d(matlabFunction(al

35、phai_pn.*(subs(alphai_pn-alphai_pp,x,t)+int0),0,xp,0,(x)x);int_n=int_nn+int_pn;V=V-Vout/500;endVout=V+Vout/500;figure(1);subplot(2,1,1);plot(NA,Vout,'+');holdon;Emax=subs(Exn,x,0);subplot(2,1,2);plot(NA,Emax,'+');holdon;endsubplot(2,1,1);title('突变结击穿电压随杂质浓度变化关系);holdoff;subplot(2

36、,1,2);title('突变结击穿时最高电场随杂质浓度变化关系);holdoff;%级%电压随浓度梯度关系%Vout=500;forai=a/10:a/10:5*aN0=NA0*ND0/(NA0+ND0);Vbi=V0*log(ND0*NA0/niA2);int2_n=2;V=Vout;while(int2_n>1)xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(ai*q)A(1/3);xn_h=xp_h;Emax_h=(ai*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)A2;E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)A2);alphai_nh=An

37、*exp(-(Bn/E_h)Am);alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)Am);int2_n=quad2d(matlabFunction(alphai_nh.*subs(alphai_nh-alphai_ph,x.t),-xn_h,xp_h,-xn_h,(x)x);V=V-Vout/500;endVout=V+Vout/500;figure(2);subplot(2,1,1);plot(ai,Vout,'+');holdon;subplot(2,1,2);plot(ai,Emax_h,'+');holdon;endsubplot(2,1,1);t

38、itle('缓变结击穿电压随杂质浓度梯度变化关系');holdoff;subplot(2,1,2);title('缓变结击穿时最高电场随杂质浓度梯度变化关系');holdoff;end实验过程与结果运行matlab,在菜单栏中点击“File”，选择"Ne2>FunctionM-File”命名为Question6,键入整个函数，在主界面的“CommandWindoW中输入函数Question6(ND,NA),其中N电施主杂质浓度，NA受主杂质浓度，接回车会显示结果，具体显示如下：>>Question6(3*10A16,6*10A16)突变结击穿电压随杂质浓度变化关系40十)7X1