南京郵電大學(xué)軟件設(shè)計實驗報告

1、軟件設(shè)計報告( 2014 / 2015 學(xué)年 第 二 學(xué)期)課程名稱 軟件設(shè)計 指導(dǎo)老師 趙江 實習(xí)時間 第十八周 學(xué)生姓名 學(xué)號 _學(xué)院_專業(yè)軟件設(shè)計課程編號：B0465011C適用專業(yè)：班級：一、所涉及的課程及知識點涉及的課程：第6學(xué)期之前的專業(yè)基礎(chǔ)課程。知識點：專業(yè)基礎(chǔ)課程中所學(xué)的知識點。二、目的與任務(wù)目的：通過軟件設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，加強學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)課程的理解和掌握，加強學(xué)生高級語言編程能力、應(yīng)用軟件以及仿真能力。 任務(wù)：選擇以下任一模塊進行設(shè)計：Matlab軟件仿真、C語言及應(yīng)用。軟件設(shè)計的內(nèi)容題目1：如果給出兩個矩陣，執(zhí)行下面的矩陣運算命令。（1） 和分別是多少（

2、其中I為單位矩陣）？（2） 和將分別給出什么結(jié)果，它們是否相同？為什么？邏輯功能程序：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實驗過程與結(jié)果打開matlab，在命令窗口“Command Window”中鍵入edit,啟動

3、程序編輯器。輸入完整程序后利用save as儲存為M文件，文件名為EXP1。返回主界面，在命令窗口 “Command Window”中輸入函數(shù)EXP1()，按下回車，得到程序運行結(jié)果如下：>> EXP1( )A+5*B= 9 22 35 32 70 108 55 118 136A-B+I= 4 10 17 8 41 72 13 70 137A.*B= 4 24 60 48 225 468 140 624 0A*B= 192 228 84 738 873 306 1284 1518 528實驗結(jié)果分析（1） 利用MATLAB提供的disp函數(shù)既可以輸出表達式、數(shù)值，也可以輸出字符串，

4、其調(diào)用方式為：disp(表達式或數(shù)值）、disp（待顯示字符串）；（2） 在MATLAB的矩陣運算中，+、-運算符通用，表示矩陣相加、減；*與.*不同在于*表示矩陣乘法，而.*表示矩陣對應(yīng)位置元素相乘，所以*要求兩個矩陣的行、列數(shù)互為轉(zhuǎn)置，而.*則要求兩個矩陣行、列數(shù)要相同；（3） 使用eye可以獲得單位矩陣函數(shù)（矩陣對角線處元素為1，其余元素為0），矩陣的階數(shù)由括號內(nèi)的值決定，格式為eye(n),n為矩陣階數(shù)。題目2：請繪制出一個圓形，要求用函數(shù)實現(xiàn)。邏輯功能程序function = EXP2(a,b,R)t=0:pi/150:2*pi;x=a+R*cos(t);y=b+R*sin(t);h

5、old on;plot(x,y);plot(a,b,'+');axis(a-R,a+R,b-R,b+R);axis equal;title('圓:(x-a)2+(y-b)2=R2');legend('(x-',num2str(a),')2+(y-',num2str(b),')2=',num2str(R),'2');hold off;end實驗過程與結(jié)果打開matlab，在命令窗口“Command Window”中鍵入edit,啟動程序編輯器。輸入完整程序后利用save as儲存為M文件，文件名為EX

6、P2。返回主界面，在命令窗口 “Command Window”中輸入函數(shù)EXP2()，按下回車，得到程序運行結(jié)果如下：>>EXP2(15,25,40) 實驗結(jié)果分析（1） 構(gòu)建關(guān)于圓的參數(shù)方程，使用hold on的使用保證后繪的圖不會覆蓋先繪的圖，在程序結(jié)束前使用hold off；（2） 為了使圓的圓心位置和半徑長度等參數(shù)可調(diào)，所以函數(shù)使用了帶參量的輸入方式；（3） 繪圖使用plot函數(shù)，帶參數(shù)可以限制繪圖范圍，plot函數(shù)繪制圓心用符號+表示；（4） axis equal是坐標(biāo)軸刻度等距，這樣是圖形顯示的不失真；（5） lengend、num2str函數(shù)添加圖形注釋，lengen

7、d添加注釋的調(diào)用格式為lengend(字符串，num2str使數(shù)值轉(zhuǎn)換成字符，num2str（數(shù)值或數(shù)值的表達式）；題目3：雙極型晶體管基區(qū)少子濃度分布試?yán)L出緩變基區(qū)的雜質(zhì)分布為：；時，基區(qū)的少子濃度分布圖，并能清楚解釋各參量對少子濃度分布函數(shù)的影響。程序說明：當(dāng)晶體管偏置在有源放大區(qū)時，VC<0且|VC|>>kT/q，集電結(jié)邊緣處電子密度為零，即 x=WB，nB(WB)=0。由此邊界條件，得到緩變基區(qū)少子濃度分布函數(shù)：假定：InE=0.01mA；DnB=2cm2/s；WB=0.05um；q=1.6e-19C。邏輯功能程序function = Question3( )syms

8、 x eta NB0 InE DnB WB q a;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,0.01,2,0.05,1.6*10-19);y=subs(y,x,a*WB);y=subs(y,q,1.6*10-19);for i=0:2:8yx=limit(y,eta,i);ezplot(yx,0,1);text(0.5-0.05*i,subs(yx,a,(0.5-0.

9、05*i),'=',num2str(i);hold on;endhold off;grid on;title('不同內(nèi)建電場下的基區(qū)少子濃度分布');text(0.5,0.85,'nB0=InE*WB/(q*DnB)=',num2str(nB0*10-15),'*108cm-2');xlabel('x/WB');ylabel('nBx*q*DnB/(InE*WB)');axis(0,1,0,1);end實驗過程與結(jié)果打開matlab，在命令窗口“Command Window”中鍵入edit,啟動程序

10、編輯器。輸入完整程序后利用save as儲存為M文件，文件名為EXP1。返回主界面，在命令窗口 “Command Window”中輸入函數(shù)EXP1()，按下回車，得到程序運行結(jié)果如下：>>Question3()實驗結(jié)果分析（1） 當(dāng)雜質(zhì)濃度呈線性分布時，少子濃度分布呈線性變化。少子濃度隨基區(qū)寬度的增大逐漸減??；（2） 當(dāng)雜質(zhì)濃度呈指數(shù)分布時，少子濃度分布也呈指數(shù)變化。少子濃度隨基區(qū)寬度的增大逐漸減小；（3） 隨著eta的增大，基區(qū)少子濃度逐漸減少，這是因為內(nèi)建電場增大的原因，達到同樣電流密度所需少子濃度梯度較低；（4） 符號變量及其表達式的使用需要提前定義，用syms 定義；（5）

11、 對符號或表達式的積分采用int函數(shù)，可以指定上下限，也可以只是不定積分。題目4：確定PN結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)電場分布和碰撞電離率隨反偏電壓的變化關(guān)系。（1） 基本目標(biāo)：突變結(jié)分析（2） 標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：突變結(jié)線性緩變結(jié)分析設(shè)計物理基礎(chǔ)背景(1)突變結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)電場分布分析內(nèi)建電勢 N區(qū)耗盡區(qū)寬度 P區(qū)耗盡區(qū)寬度 ， 其中，為反偏電壓，約化濃度 電場強度在耗盡區(qū)中的變化關(guān)系如下式（1-4）、（1-5）所示： () () 且在處達到最大值 (2)線性緩變結(jié)電場分布分析內(nèi)建電勢 其中，雜質(zhì)濃度梯度為常數(shù)，不妨取耗盡區(qū)寬度 電場強度在處達到最大值 電場強度在耗盡區(qū)的變化關(guān)系為 (3)碰撞電離率隨反偏電壓的變化關(guān)系 碰

12、撞電離率 碰撞電離率表達式中的常數(shù)值材 料電 子空 穴硅1代入上式（1-11），得：電子碰撞電離率 空穴碰撞電離率 附： ， V邏輯功能程序function = Question4(ND,NA)syms V x;V0=0.026;ni=1.5*1010;epsilon0=8.854*10-14;q=1.60219*10-19;a=1019;An=7.03*105;Bn=1.23*106;Ap=1.58*106;Bp=2.03*106;m=1;epsilons=11.9*epsilon0;N0=NA*ND/(NA+ND);Vbi=V0*log(ND*NA/ni2); %常量 xn=sqrt(2*

13、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)(1/3)2);xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q)(1/3);xn_h=xp_h;Emax_h=(a*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)2;E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)2);

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

15、,x,0); %作圖%for i=0:2:8 figure(1);subplot(2,1,1); %突變結(jié)ezplot(subs(Exn,V,i),-subs(xn,V,i),0);hold on;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');grid o

16、n;title('突變結(jié)電場分布');subplot(2,1,2); %緩變結(jié)ezplot(subs(E_h,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);hold on;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');grid on;title('線性緩變結(jié)

17、電場分布'); figure(2); subplot(2,2,1); %突變結(jié)電子碰撞電離率ezplot(sqrt(subs(alphai_nn,V,i),-subs(xn,V,i),0);hold on;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('（i）(1/2)');text(0,subs(sqrt(alphai_pn),x,V,0,i),'V=',num2str(

18、i),'v');grid on;title('突變結(jié)電子碰撞電離率分布');subplot(2,2,2); %突變結(jié)空穴碰撞電離率ezplot(sqrt(subs(alphai_np,V,i),-subs(xn,V,i),0);hold on;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('（i）(1/2)');text(0,subs(sqrt(alphai_pp)

19、,x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v');grid on;title('突變結(jié)空穴碰撞電離率分布'); subplot(2,2,3); %緩變結(jié)電子碰撞電離率ezplot(log10(subs(alphai_nh,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);hold on;ylabel('log10(i)');text(0,subs(log10(alphai_nh),x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v');grid on;title

20、('線性緩變結(jié)電子碰撞電離率分布');subplot(2,2,4); %緩變結(jié)空穴碰撞電離率ezplot(log10(subs(alphai_ph,V,i),-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i);hold on;ylabel('log10(i)');text(0,subs(log10(alphai_ph),x,V,0,i),'V=',num2str(i),'v');grid on;title('線性緩變結(jié)空穴碰撞電離率分布');end end實驗過程與結(jié)果運行matlab，在菜單欄中點擊“F

21、ile”，選擇“New>Function M-File”，命名為Question4，鍵入整個函數(shù)，在主界面的“Command Window”中輸入函數(shù)Question4(ND,NA)，其中ND是施主雜質(zhì)濃度，NA是受主雜質(zhì)濃度，按回車會顯示結(jié)果，具體顯示如下：>> Question4(2*1016,9*1016) 實驗結(jié)果分析（1） 對多圖的繪制，subplot函數(shù)使不同類的函數(shù)分別繪制在不同的坐標(biāo)中，同時使用hold on讓曲線疊加；（2） 由突變結(jié)電場分布圖得到勢壘區(qū)內(nèi)的電場強度與距離結(jié)的距離成線性關(guān)系，隨著距離增大，電場強度逐漸從最大值減小，直到PN結(jié)的邊緣減少為零；（

22、3） 由突變結(jié)電場分布圖還可以得到雜質(zhì)濃度大的一側(cè)結(jié)寬較小，而且結(jié)寬之比與濃度之比成反比；（4） 電離率隨著電場的增加增加，且在電場最大時電離率也是最大，而且電壓依賴比較大，同等條件下空穴的電離率要小于電子的電離率；題目5：確定雪崩倍增因子隨外加反偏電壓的變化關(guān)系。（1） 基本目標(biāo)：突變結(jié)分析（2） 標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：突變結(jié)線性緩變結(jié)分析設(shè)計物理基礎(chǔ)背景空穴雪崩倍增因子 電子雪崩倍增因子邏輯功能程序function = Question5(NA,ND)syms V x t;V0=0.026;ni=1.5*1010;epsilon0=8.854*10-14;q=1.60219*10-19;a=1019;

23、An=7.03*105;Bn=1.23*106;Ap=1.58*106;Bp=2.03*106;m=1;epsilons=11.9*epsilon0;N0=NA*ND/(NA+ND);Vbi=V0*log(ND*NA/ni2); %常量 %突變結(jié)雪崩倍增因子%for V=32:0.04:46 xn=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=V

24、0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi/(a*q)(1/3)2) 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

25、) 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_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),

26、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);hold on; subplot(2,1,2); plot(V,Mp);hold on; end subplot(2,1,1); title('突變結(jié)電子雪崩倍增因子隨電壓變化');hold off; subplot(2,1,2); title('突變結(jié)空穴雪崩倍增因子隨電壓變化');hold off; %緩變結(jié)雪崩倍增因子%for V=165:0.2:245 xp_h=(1/2)*(

27、12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q)(1/3); xn_h=xp_h; Emax_h=(a*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)2; E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)2); alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)m); alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)m); 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_p

28、h.*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);hold on; subplot(2,1,2); plot(V,Mp_h);hold on;end subplot(2,1,1); title('緩變結(jié)電子雪崩倍增因子隨電壓變化');hold off; subplot(2,1,2); title('緩變結(jié)空穴雪崩倍增因子隨電壓變化');hold

29、 off; end實驗過程與結(jié)果運行matlab，在菜單欄中點擊“File”，選擇“New>Function M-File”，命名為Question5，鍵入整個函數(shù)，在主界面的“Command Window”中輸入函數(shù)Question5(ND,NA)，其中ND是施主雜質(zhì)濃度，NA是受主雜質(zhì)濃度，按回車會顯示結(jié)果，具體顯示如下：>> Question5(2*1016,8*1016)實驗結(jié)果分析(1) 對于相對復(fù)雜的函數(shù)，int函數(shù)符號積分無法進行運算，只能依靠人為處理化簡，選擇適當(dāng)?shù)亩ǚe分函數(shù)quad，和二重積分函數(shù)quad2d，可以減少程序運行的時間；(2) 由曲線得在很大范

30、圍內(nèi)倍增因子處于較小的值，而在很小范圍內(nèi)產(chǎn)生突變，曲線的右半側(cè)曲線沒有實際意義，因為已超過擊穿電壓，PN結(jié)已擊穿；(3) 相同情況下，電子的擊穿電壓低于空穴的擊穿電壓。題目6：確定擊穿電壓隨P區(qū)和N區(qū)濃度的變化關(guān)系。（1） 基本目標(biāo)：突變結(jié)分析（2） 標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)：突變結(jié)線性緩變結(jié)分析設(shè)計物理基礎(chǔ)背景利用碰撞電離率積分方法確定擊穿電壓PN結(jié)的擊穿電壓，以及擊穿時候的最高電場碰撞電離率依賴于電場強度，隨著反偏電壓的增加，不斷增大直至發(fā)生擊穿，此時的電場強度為。發(fā)生雪崩擊穿的條件為 ，即上式中的積分趨于1，雪崩擊穿條件可寫為 或者 擊穿時的電壓為，最高電場為突變結(jié) 線性緩變結(jié) 邏輯功能程序functi

31、on = Question6( NA0,ND0 )syms V x t;V0=0.026;ni=1.5*1010;epsilon0=8.854*10-14;q=1.60219*10-19;a=1019;An=7.03*105;Bn=1.23*106;Ap=1.58*106;Bp=2.03*106;m=1;epsilons=11.9*epsilon0; %常量 %突變結(jié)擊穿電壓與濃度%Vout=50;for NA=NA0:NA0:50*NA0N0=NA*ND0/(NA+ND0);Vbi=V0*log(ND0*NA/ni2); int_n=2;V=Vout; while(int_n>1) x

32、n=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/(a*q)(1/3)2) 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

33、(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; V=V-Vout/500; end Vout=V+Vout/500; figure(1); s

34、ubplot(2,1,1); plot(NA,Vout,'+');hold on; Emax=subs(Exn,x,0); subplot(2,1,2); plot(NA,Emax,'+');hold on; endsubplot(2,1,1);title('突變結(jié)擊穿電壓隨雜質(zhì)濃度變化關(guān)系');hold off;subplot(2,1,2);title('突變結(jié)擊穿時最高電場隨雜質(zhì)濃度變化關(guān)系');hold off; %緩變結(jié)擊穿電壓隨濃度梯度關(guān)系%Vout=500;for ai=a/10:a/10:5*aN0=NA0*ND0/

35、(NA0+ND0);Vbi=V0*log(ND0*NA0/ni2); int2_n=2;V=Vout; while(int2_n>1) xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(ai*q)(1/3); xn_h=xp_h; Emax_h=(ai*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)2; E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)2); alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)m); alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)m); int2_n=quad2d(matlabFunction(alphai_nh.*subs(al

36、phai_nh-alphai_ph,x,t),-xn_h,xp_h,-xn_h,(x) x); V=V-Vout/500; end Vout=V+Vout/500; figure(2); subplot(2,1,1); plot(ai,Vout,'+');hold on; subplot(2,1,2); plot(ai,Emax_h,'+');hold on; endsubplot(2,1,1);title('緩變結(jié)擊穿電壓隨雜質(zhì)濃度梯度變化關(guān)系');hold off;subplot(2,1,2);title('緩變結(jié)擊穿時最高電場隨雜質(zhì)濃度梯度變化關(guān)系');hold off;end實驗過程與結(jié)果運行matlab，在菜單欄中點擊“File”，選擇“New>Function M-File”，命名為Question6，鍵入整個函數(shù)，在主界面的“Command Window”中輸入函數(shù)Question6(ND,NA)，其中ND是施主雜質(zhì)濃度，NA是受主雜質(zhì)濃度，按回車會顯示結(jié)果，具體顯示如下：>> Question6(3*1016,6*1016)實驗