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文檔簡(jiǎn)介
1、第一章半導(dǎo)體二極管極其電路1、什么是本征半導(dǎo)體?什么是雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型、P型?本征半導(dǎo)體是非常純潔的半導(dǎo)體晶體,而在單晶半導(dǎo)體內(nèi),原子按晶體結(jié)構(gòu)排列得非常整齊。雜質(zhì)半導(dǎo)體:摻入微量元素的本征半導(dǎo)體,例:N型摻入五價(jià)元素磷, P型摻入三價(jià)元素硼。2、在半導(dǎo)體中有幾種載流子?半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式與金屬的導(dǎo)電方式有什么不同?答:在半導(dǎo)體中有兩種載流子,電子和空穴。而金屬導(dǎo)體中只有自由電子參與導(dǎo)電。3、如何理解電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合?電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合是由于自由電子的移動(dòng),空穴并不是真正存在的粒子,電子填充空 穴位置即復(fù)合。電子離開空穴即產(chǎn)生。4、在PN結(jié)中什么是擴(kuò)散電流?什么是漂移電流?答:PN結(jié)
2、兩側(cè)的P型半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)元素不同,其載流子濃度也不相同。 由于存在載流子濃度的差異,載流子會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng),通常把這種運(yùn)動(dòng) 稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),把擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為擴(kuò)散電流。在內(nèi)電場(chǎng)的作用下,N區(qū)的少數(shù)載流子空穴會(huì)向 P區(qū)做定向運(yùn)動(dòng),同樣 P區(qū)的少數(shù)載流子自由電子會(huì)向N區(qū)做定向運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng),由漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流稱為漂移電流。5、說明擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)、漂移運(yùn)動(dòng)對(duì)空間電荷區(qū)耗盡層的影響。答:擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)會(huì)使空間電荷區(qū)變寬、內(nèi)電場(chǎng)加大;內(nèi)電場(chǎng)的產(chǎn)生和加強(qiáng)又阻止了多子的擴(kuò)散,有助于少子的漂移,結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄,削弱了內(nèi)電場(chǎng),如此反復(fù),在P區(qū)和N區(qū)之間,多子的擴(kuò)散和少
3、子的漂移會(huì)形成動(dòng)態(tài)平衡,擴(kuò)散電流等于漂移電流,總電流等于零,空間電荷 區(qū)寬度一定,內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度一定,PN結(jié)呈電中性。6、寫岀PN結(jié)的伏安特性表達(dá)式并繪岀響應(yīng)的曲線。答:PN結(jié)的伏安特性可用下式描述:iD =|sevD/nVT 1反向±-竊區(qū)7、解釋雪崩擊穿、齊納擊穿、熱擊穿形成的原因,并說明熱擊穿與電擊穿的異同。雪崩擊穿:當(dāng)加在 PN結(jié)兩端反向電壓足夠大時(shí)PN結(jié)內(nèi)的自由電子數(shù)量激增導(dǎo)致反向電流迅速增大,導(dǎo)致?lián)舸?。齊納擊穿:在PN結(jié)兩端參加高濃度的雜質(zhì),在不太高的反向電壓作用下同樣會(huì)使反向電流迅迅增大產(chǎn)生擊穿熱擊穿:加在 PN結(jié)兩端的電壓和流過 PN結(jié)電流的乘積大于 PN結(jié)允許的耗散功率
4、,PN結(jié)會(huì)因?yàn)闊崃可l(fā)不岀去而被燒毀不同:電擊穿可逆,熱擊穿不可逆,需要防止8、PN結(jié)中的勢(shì)壘電容、擴(kuò)散電容是如何形成的?勢(shì)壘電容:是由空間電荷區(qū)產(chǎn)生的,在空間電荷區(qū)中缺少載流子、只有不能移動(dòng)的正、負(fù)離子。 且當(dāng)外加電壓發(fā)生變化,空間電荷區(qū)電荷量發(fā)生變化呈現(xiàn)電容效應(yīng)。擴(kuò)散電容:在PN結(jié)正偏時(shí),N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散,靠近結(jié)邊緣的濃度大,遠(yuǎn)離結(jié)邊緣的濃度小,產(chǎn) 生電容效應(yīng)。9、為什么PN結(jié)具有單向?qū)щ娦??答:PN結(jié)兩端參加正向電壓時(shí),外場(chǎng)強(qiáng)的方向和內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)的方向相反。在外場(chǎng)強(qiáng)的作用下,空間電荷區(qū)變窄,使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng),從而產(chǎn)生較大的正向擴(kuò)散電流一般為幾毫安,此時(shí)稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。在外場(chǎng)強(qiáng)的作
5、用下,PN結(jié)兩端參加反向電壓時(shí),外場(chǎng)強(qiáng)的方 向和內(nèi)場(chǎng) 強(qiáng)的方向相同PN結(jié)只存在由少數(shù)載流子形成的10-1410-8A,此時(shí)稱 PN結(jié)處于 截空間電荷區(qū)變寬,阻止了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),擴(kuò)散電流接近于零, 微小的漂移電流。又稱為反向飽和電流典型值范圍為止?fàn)顟B(tài)。所以PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?0、根據(jù)二極管的伏安特性曲線,解釋二極管在3個(gè)區(qū)段截止區(qū)、導(dǎo)通區(qū)、擊穿區(qū)的工作情況。答:二極管的伏安V-I特性分為3個(gè)區(qū)間:段為正向?qū)▍^(qū);段為反向截止區(qū); 段為反向擊穿區(qū)。1 正向特性在二極管正向偏置且電壓比擬小時(shí),外加電壓缺乏以克服PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng),二極管的電流約等于零,二極管等同于一個(gè)大的電阻;當(dāng)正向電壓大于門坎電壓時(shí),
6、二極管等同于一個(gè)小的電 阻,因而電流迅速加大,二極管開始導(dǎo)通。2 反向特性在二極管反向偏置時(shí),在內(nèi)電場(chǎng)和外加電壓的共同作用下,很容易通過空間電荷區(qū)形成反 向飽和電流,此時(shí),擴(kuò)散電流約為零。由于反向飽和電流是由少數(shù)載流子漂移形成的,它的數(shù) 值一般比擬小。3 擊穿特性當(dāng)二極管處于反向偏置狀態(tài),且反向電壓大于擊穿電壓Vbr時(shí),二極管電流迅速增加,這種擊穿稱為反向擊穿。11、簡(jiǎn)述二極管根本電路及其分析方法。答:1 指數(shù)模型:iD =lsevD/VT -12理想模型:當(dāng)外加電壓大于0V時(shí),二極管導(dǎo)通,電阻為0Q;當(dāng)外加電壓小于 0V時(shí),二極管截止,電阻無窮大。此模型適用于外加電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的管壓降情
7、況。3 恒壓降模型:當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí),認(rèn)為管壓降是一個(gè)恒定的值,對(duì)于硅管典型值是0.7V此模型適用于二極管中的電流大于等于1mA的情況。(a)伏瓷特性曲總+%-Q + 氏。CI£二極管理想模型二極管恒壓降模型Vth 硅4折線模型:較真實(shí)地描述了二極管的伏安特性,用理想二極管、一個(gè)門檻電壓為 管約為0.5V)的電池和一個(gè)電阻 rD (約200歐)的串聯(lián)來等效。5小信號(hào)模型:在直流工作電壓的根底上,求出Q點(diǎn)附近的二極管的等效電阻26mV。rd :I D Q叫4電路摸型二極管折線模型(b)電路模型二極管小信號(hào)模型12、二極管的四種簡(jiǎn)化模型時(shí)什么?使用小信號(hào)模型的條件是什么?理想模型、折線模型
8、、恒壓降模型、小信號(hào)模型。使用小信號(hào)模型時(shí),輸入信號(hào)的幅值一 定要小。13、 分析題圖1-1中各二極管的工作狀態(tài)(導(dǎo)通或截止),并求岀輸岀電壓,設(shè)二極管是理想的2.5kftnV5V題圖1-1a導(dǎo)通,voi =5v;導(dǎo)通,截止,vo3 = 5 V;D(b)(c)V°3 =1 V;d截止,v°2 =0v;(e)導(dǎo)通,v04 = 6 v;(f)截止,v°6 二 2.5 V;14、分析題圖1-2中各二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通或截止并求出輸出電壓的值。Dc+4k flal4k4k nTIO-(b)題圖1-2a D 左截止,D 右導(dǎo)通,vo1 =2V;(b)D 左導(dǎo)通,D 右截止,
9、V°2=0V;15、電路如題圖1-3 a所示,輸入電壓如題圖 畫岀輸岀電壓的波形。用恒壓降模型,管壓降為1-3b所示,在0 < t < 5ms的時(shí)間周期內(nèi),0.7V。16、仃、電路如題圖1-5所示,當(dāng)vi1、vi2、vi3分別輸入0V或5V電壓時(shí),求輸岀電壓vo的值,用表格的形式給岀,如題表 1-1所示。利用二極管的理想模型V i1Vi2Vi3V o0 0 00005505050555500550555505555518、穩(wěn)壓二極管是根據(jù)齊納擊穿效應(yīng)制成的二極管,流過其的電流變化很大,但是穩(wěn)壓管兩端電壓 變化卻很小??记绊氈?1工作在反向擊穿區(qū);2合理控制穩(wěn)壓管反向工作電流;3穩(wěn)壓管要和負(fù)載并聯(lián)19、發(fā)光二極管將電能轉(zhuǎn)換成
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