北京交通大學模擬電子技術習題及解答第二章 半導體二極管及其基本電路.doc

第二章 半導體二極管及其基本電路2-1填空 （1）N型半導體是在本征半導體中摻入 ；P型半導體是在本征半導體中摻入 。（2）當溫度升高時，二極管的反向飽和電流會 。（3）PN結的結電容包括 和 。 （4）晶體管的三個工作區(qū)分別是 、 和 。在放大電路中，晶體管通常工作在 區(qū)。（5）結型場效應管工作在恒流區(qū)時，其柵-源間所加電壓應該 。（正偏、反偏）答案：（1）五價元素；三價元素；（2）增大；（3）勢壘電容和擴散電容；（4）放大區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū)；放大區(qū)；（5）反偏。2-2判斷下列說法正確與否。（1）本征半導體溫度升高后，兩種載流子濃度仍然相等。（ ）（2）P型半導體帶正電，N型半導體帶負電。（ ）（3）結型場效應管外加的柵-源電壓應使柵-源間的耗盡層承受反向電壓，才能保證RGS大的特點。（ ）（4）只要在穩(wěn)壓管兩端加反向電壓就能起穩(wěn)壓作用。（ ）（5）晶體管工作在飽和狀態(tài)時發(fā)射極沒有電流流過。（ ）（6）在N型半導體中如果摻入足夠量的三價元素，可將其改型為P型半導體。（ ） （7）PN結在無光照、無外加電壓時，結電流為零。（ ）（8）若耗盡型N溝道MOS場效應管的UGS大于零，則其輸入電阻會明顯減小。（）答案：（1）對；溫度升高后，載流子濃度會增加，但是對于本征半導體來講，電子和空穴的數(shù)量始終是相等的。（2）錯；對于P型半導體或N型半導體在沒有形成PN結時，處于電中性的狀態(tài)。（3）對；結型場效應管在柵源之間沒有絕緣層，所以外加的柵-源電壓應使柵-源間的耗盡層承受反向電壓，才能保證RGS大的特點。（4）錯；穩(wěn)壓管要進入穩(wěn)壓工作狀態(tài)兩端加反向電壓必須達到穩(wěn)壓值。（5）錯；晶體管工作在飽和狀態(tài)和放大狀態(tài)時發(fā)射極有電流流過，只有在截止狀態(tài)時沒有電流流過。（6）對； N型半導體中摻入足夠量的三價元素，不但可復合原先摻入的五價元素，而且可使空穴成為多數(shù)載流子，從而形成P型半導體。 （7）對；PN結在無光照、無外加電壓時，處于動態(tài)平衡狀態(tài)，擴散電流和漂移電流相等。（8）錯。絕緣柵場效應管因為柵源間和柵漏之間有SiO2絕緣層而使柵源間電阻非常大。因此耗盡型N溝道MOS場效應管的UGS大于零，有絕緣層故而不影響輸入電阻。2-3為什么說在使用二極管時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓？ 答：當正向電流超過最大整流電流會使二極管結溫過高，性能變壞，甚至會燒毀二極管；當反向工作電壓超過最高反向工作電壓時，會發(fā)生擊穿。2-4當直流電源電壓波動或外接負載電阻RL變動時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電壓能否保持穩(wěn)定？若能穩(wěn)定，這種穩(wěn)定是否是絕對的？答：能穩(wěn)定，但不是絕對的，超出一定范圍時，不能夠再穩(wěn)定。2-5既然三極管具有兩個PN結，可否用兩個二極管相連以構成一只三極管，說明理由。答：不能。因為三極管中的兩個PN結是相互有關聯(lián)的。2-6三極管的電流放大系數(shù)、是如何定義的？能否從共射極輸出特性曲線上求得？在整個輸出特性，取值是否均勻一致？答：共基極電流放大系數(shù)；：共射極電流放大系數(shù)；根據(jù)的定義，可以在共射極輸出特性曲線上求出，在整個輸出特性曲線上，的取值并不均勻一致，只有在放大區(qū)內，取值才為一致的。2-7一只NPN型三極管，能否將e和c兩電極交換使用？為什么？答：不能，因為三極管中兩個PN結并不對稱。 2-8怎樣用萬用表判斷二極管的正、負極性及好壞？答：可以利用萬用表的電阻擋測量二極管兩端電阻，正向時電阻很小，反向時電阻很大。2-9場效應管與雙極性三極管比較，有什么特點？答：1）場效應管是電壓控制型器件，柵極基本不取電流，輸入電阻高；2）場效應管是多子導電，而晶體管兩種載流子均參與導電，因而場效應管受溫度、輻射的影響較小；3）場效應管的噪聲系數(shù)很?。?）場效應管的源極和漏極可以互換使用，而晶體管一般情況下集電極和發(fā)射極不能互換使用；5）場效應管的種類比晶體管種類多，故使用更加靈活；6）場效應管集成工藝更簡單、功耗更低、工作電源電壓范圍寬。2-10二極管電路如題2-10圖所示，試判斷圖中的二極管是導通還是截止？輸出電壓為多少？ 本題可以通過二極管端電壓的極性判斷其工作狀態(tài)。一般方法是斷開二極管，并以它的兩個極作為端口，利用戴維南定理求解端口電壓，若該電壓是二極管正偏，則導通，若反偏則截止。（a）圖將二極管斷開，從二極管的兩個極為端口向外看，如題2-1解（a）圖所示，則A-B間電壓為12-6=6V，二極管處于正偏，導通。（b）圖將二極管斷開，從二極管的兩個極為端口向外看，如題2-1解（b）圖所示，則A-B間電壓為3-2=1V，二極管處于正偏，導通。（c）當有兩只二極管時，應用以上方法分別判斷每只管子的狀態(tài)。如題2-1解（c）圖所示首先斷開上面二極管D1，則下面二極管D2截止，所以D1兩端電壓為正偏導通；然后再斷開下面二極管D2，如題2-1解（d）圖則D1兩端電壓為正偏導通，則D2兩端電壓為負截止，綜上所述，D1導通、D2截止。（d）根據(jù)前面分析方法，可知D1、D3截止，D2、D4導通。2-11電路如題2-11圖所示，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=8V，設輸入信號為峰值15V三角波，試畫出輸出uo的波形。解：如圖所示。三角波正半周時，當電壓幅值小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，穩(wěn)壓管截止，當?shù)扔诖笥诜€(wěn)壓值時，穩(wěn)壓管反向擊穿，輸出電壓為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值；三角波負半周時，穩(wěn)壓管正向導通，假設正向電阻為0，則輸出電壓為零。2-12如題2-12圖所示，電路中兩只穩(wěn)壓管完全相同，UZ=8V，試畫出輸出uo的波形。解：如圖所示。三角波正半周時，當電壓幅值小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，下面一只穩(wěn)壓管截止，當?shù)扔诖笥诜€(wěn)壓值時，穩(wěn)壓管反向擊穿，輸出電壓為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值；三角波負半周時，上面一只穩(wěn)壓管截止，當?shù)扔诖笥诜€(wěn)壓值時，穩(wěn)壓管反向擊穿，輸出電壓為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值。 2-13測得放大電路中三只晶體管三個電極的直流電位如題2-13圖所示。試分別判斷它們的管型（NPN、PNP）、管腳以及所用材料（硅或鍺）。解：本題考查是否掌握通過實驗的方法判斷管型和管腳的方法。在實驗室中，常常通過對電路中晶體管各管腳電位的測試來判斷晶體管的類型、材料及其工作狀態(tài)。NPN型管和PNP型管工作在放大狀態(tài)時，電位滿足如下關系：硅管導通時UBE大約為0.7V，鍺管導通時UBE大約為0.3V。根據(jù)上圖，T1管有兩個極的電位相差0.7V，所以T1應為硅管，而T2和T3管均有兩個極電位相差為0.3V，所以T2和T3管為鍺管。因為T1管另一個極電位最高，為集電極，可判斷為NPN型管；T2和T3管另一個極電位最低，為集電極，所以為PNP型管。2-14電路及二極管伏安特性如圖所示，常溫下UT26mV，電容C對交流信號可視為短路，ui為正弦波，有效值為10mV，問（1）二極管在輸入電壓為零時的電流和電壓各為多少？（2）二極管中流過的交流電流有效值為多少？ 解：在分析這類電路時，應首先分析靜態(tài)電流和電壓，即靜態(tài)工作點Q，然后求出在Q點下的動態(tài)電阻，再分析動態(tài)信號的作用。（1）利用圖解法可以方便地求出二極管的Q點。在動態(tài)信號為零時，二極管導通，電阻R中電流與二極管電流相等。因此，二極管的端電壓可寫為，在二極管的伏安特性坐標系中作直線，與伏安特性曲線的交點就是Q點，如圖所示。讀出Q點的坐標值，即為二極管的直流電流和電壓，約為（2）根據(jù)二極管動態(tài)電阻的定義，Q點小信號情況下的動態(tài)電阻為根據(jù)已知條件，二極管上的交流電壓有效值為10mV，故流過的交流電流有效值為 2-15測得某放大電路中五只場效應管的三個電極電位分別如表所示，閾值電壓也在表中給出。試分析分別是何種場效應管，并將其工作狀態(tài)也填入表中。題2-15表序號UGS（th）/UGS（off）US/VUG/VUD/V管型工作狀態(tài)結型 T1313-10結型 T2-33-110MOS T3-450-5MOS T44-23-1.2MOS T5-30010解：本題考查是否能夠通過場效應管各極的電位來判斷管型及工作狀態(tài)。由于T1管為結型場效應管，且UGS（off）=3V0，所以為P溝道管，由于UGD= UG UD=13V UGS（off），故管子工作在恒流區(qū)；由于T2管為結型場效應管，且UGS（off）=-3V 0，所以為N溝道管，由于UGS= UG US=-4V UGS（off），故管子截止；T3管為MOS管，由于UGS（th）=-4V0且UDS= UD US=-10V0，所以是P溝道增強型MOS管，由于UGS= UG US=-5V0且UDS= UD US=0.8V0，所以是N溝道增強型MOS管，由于UGD= UG UD=4.2V UGS（th），工作在可變電阻區(qū)。T5管為MOS管，由于UGS（off）=-3V0，所以是N溝道耗盡型MOS管，由于UGD= UG UD=-10V UGS（off），工作在恒流區(qū)。將以上分析結果填入表中，得到序號UGS（th）/UGS（off）US/VUG/VUD/V管型工作狀態(tài)結型 T1313-10P溝道恒流區(qū)結型 T2-33-110N溝道截止MOS T3-450-5P溝道增強型恒流區(qū)MOS T44-23-1.2N溝道增強型可變電阻區(qū)MOS T5-30010N溝道耗盡型恒流區(qū)2-16測得某晶體管的電流IE=2mA，IB=50A，ICBO=1A，試求、及ICEO。解：，而則2-17某放大電路中雙極型晶體管3個電極的電流如題2-17圖所示。已測出。試分析A，B，C中哪個是基極、發(fā)射極？該管的為多大？題2-17圖解：由于，所以A為集電極，B為基極，C為發(fā)射極。2-18一個結型場效應管的轉移特性曲線如題2-18圖所示。試問：（1）它是N溝道還是P溝道的場效應管？（2）它的夾斷電壓UGS（off）和飽和漏電流各是多少？題2-18圖 解：為N溝道結型場效應管，如圖所示夾斷電壓UGS（off）=-4V，飽和漏電流=3mA。2-191個MOS場效應管的轉移特性如題2-19圖所示（其中漏電流的方向是它的實際方向），試問：（1）是耗盡型還是增強型？（2）是N溝道還是P溝道？（3）從這個轉移特性曲線上可求出該場效應管的什么參數(shù)？其值是多大？題2-19圖解：為P溝道增強型MOS管，可求出UGS（th）UGS（th）=-4V2-20電路如題2-20圖所示，管子T的輸出特性曲線如圖所示，Rd=5k，試分析輸入uI為0、8、10V三種情況下，uO分別是多少？解：（1）當uI=0，即uGS=0，管子處于夾斷狀態(tài)，所以iD=0，則uO=uDS=VDD- iDRD=15V。 （2）當uI=8V，即uGS=8V，從輸出特性可知，管子工作在恒流區(qū)，且iD=1mA，則 uO=uDS=VDD- iDRD=15-5