模拟电子技术基础学习指导与习题解答谢红主编第一章.doc

第一章 思考题与习题解答1-1 名词解释半导体、载流子、空穴、自由电子、本征半导体、杂质半导体、N型半导体、P型半导体、PN结。解 半导体导电能力介乎于导体与绝缘体之间的一种物质。例如硅(Si)和锗(Ge)，这两种半导体材料经常用来做晶体管。载流子运载电流的粒子。在导体中的载流子就是自由电子；半导体中的载流子有两种，就是自由电子与空穴，它们都能参加导电。空穴硅和锗均为共价键结构，属于四价元素。最外层的四个电子与相邻原子最外层电子组成四个共价键，每一个共价键上均有两个价电子运动。当环境温度升高(加热或光照)时，价电子获得能量摆脱原子核与共价键对它的束缚进入自由空间成为自由电子，在原来的位置上就出现一个空位，称为空穴。空穴带正电，具有吸引相邻电子的能力，参加导电时只能沿着共价键作依次递补式的运动。自由电子位于自由空间，带负电，参加导电时，在自由空间作自由飞翔式的运动，这种载流子称为自由电子。本征半导体不掺任何杂质的半导体，也就是指纯净的半导体，称为本征半导体。杂质半导体掺入杂质的半导体称为杂质半导体。N型半导体在本征硅(或锗)中掺入微量五价元素(如磷P)，就形成含有大量电子的N型杂质半导体，又称电子型杂质半导体，简称N型半导体。P型半导体在本征硅(或锗)中掺入微量的三价元素(如硼B)，就形成含大量空穴的P型杂质半导体，又称空穴型杂质半导体，简称P型半导体。PN结将一块P型半导体与一块N型半导体放在一起，通过一定的工艺将它们有机地结合起来，在其交界面上形成一个结，称为PN结。1-3 选择填空(只填a、b以下类同)(1)在PN结不加外部电压时，扩散电流 漂移电流。(a.大于，b.小于，c.等于)(2)当PN结外加正向电压时，扩散电流 漂移电流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此时耗尽层。(a2.变宽，b2.变窄，c2.不变)(3)当PN结外加反向电压时，扩散电流 漂移电流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此时耗尽层。(a2.变宽，b2.变窄，c2.不变)解 (1)c。(2)a1，b2。(3)b1，a2。1-4 选择填空(1)二极管电压从0.65 V增大10%，流过的电流增大 。(a.10%，b.大于10%，c.小于10%)(2)稳压管 (a1.是二极管，b1.不是二极管，c1.是特殊的二极管)，它工作在 状态。(a2.正向导通，b2.反向截止，c2.反向击穿)(3)NPN型和PNP型晶体管的区别是 。(a.由两种不同材料的硅和锗制成，b.掺入的杂质元素不同，c.P区和N区的位置不同)(4)场效应管是通过改变 (a1.栅极电流，b1.栅源电压，c1.漏源电压)来改变漏极电流的，因此是一个 (a2.电流，b2.电压)控制的 (a3.电流源，b3.电压源)。(5)晶体管电流由 (a1.多子，b1.少子，c1.两种载流子)组成，而场效应管的电流由 (a2.多子，b2.少子，c2.两种载流子)组成。因此，晶体管电流受温度的影响比场效应管 (a3.大，b3.小，c3.差不多)。(6)晶体管工作在放大区时，b-e极间为 ，b-c极间为 ；工作在饱和区时，b-e极间为 ，b-c极间为 。(a.正向偏置，b.反向偏置，c.零偏置)解 (1)b。(2)c1,c2。(3)c。(4)b1,b2,a3。(5)c1,a2,a3。(6)a,b;a,a与c。1-5 回答下列问题(1)为什么说在使用二极管时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压?(2)如何用万用表的“”挡来辨别一只二极管的阳、阴两极?(提示：万用表的黑笔接表内直流电源的正极端，而红笔接负极端)(3)比较硅、锗两种二极管的性能。在工程实践中，为什么硅二极管应用得较普遍?解 (1)如果二极管的正向电流超过最大整流电流就会进入过流区，容易烧管；如果超过最高反向工作电压容易造成管子反向击穿。(2)根据二极管的正向电阻小，反向电阻大的性质。先假设二极管的阴、阳两个端，测量其电阻，将黑笔接假设的阳极，红笔接假设的阴极，记录其阻值；再将黑、红笔交换位置，再测电阻，比较两次测得的阻值大小，若前者小于后者，说明假设的阴、阳两极是对的，否则相反。(3)死区电压：硅管的大于锗管的；反向电流：硅管的小于锗管的；最高反向工作电压：硅管的高于锗管的；工作频率：锗管的高于硅管的。因为硅管的穿透电流ICEO比锗管的小得多，表现温度稳定性好，所以硅二极管应用得较普遍。1-6 回答问题(1)有两个三极管，A管的=200，=200,B管的=50,=10。其他参数大致相同。相比之下 管的性能较好。(2)若把一个三极管的集电极电源反接，使集电结也处于正向偏置，则将更大，对放大作用是否更有利?(3)一个三极管的=10时，=1，我们能否从这两个数据来决定它的交流电流放大系数?什么时候可以?什么时候不可以?解 (1)B。因为越小的管子，使用寿命越长，而且其温度稳定性越好。(2)无影响。因为放大作用的大小不在于和绝对值的大小，而在于二者变化量的比值，即的变化量比的变化量越大，表征管子的放大作用越强。(3)由定义式知，对于一般的管子来说不可以，因为，。而对于理想的三极管来说，可取，此时可以由=1，=10这两个数据来决定它的交流电流放大系数，即。1-7 回答问题(1)与BJT相比，FET具有哪些基本特点?(2)从已知的场效应管输出特性曲线如何判断该管的类型(增强型还是耗尽型)、夹断电压(或开启电压)的大概数值，举例说明。(3)图题1-7(a)、(b)、(c)分别为三只场效应管的特性曲线，指出它们各属于哪种类型的管子(结型、绝缘栅型；增强型、耗尽型；N沟道、P沟道)。图1-7 几种场效应管特性解 (1)与BJT相比，FET具有以下几个基本特点：输入电阻高；温度稳定性好，具有零温度系数工作点，当管子工作在该点时，其性能与温度无关，特别稳定；噪声小，因为FET产生噪声的来源比BJT少；容易集成化。目前，大面积集成电路多采用FET。(2)见第(3)题的解答。(3)见图题1-7(a)，由该转移特性曲线知，该管为N沟道耗尽型绝缘栅场效应管。它的夹断电压是曲线与横坐标的交点，以,标在图(a)中。图(b)是P沟道增强型绝缘栅场效应管。它的开启电压标在图(b)中。图(c)是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管。它的夹断电压标在图(c)中。1-8 温度为25 时，锗二极管和硅二极管的反向电流分别为10和0.1，试计算在60 时它们的反向电流各为多少?解 无论是硅二极管还是锗二极管，它们的反向电流随温度变化而变化的规律是相同的，即每升高10 大一倍，用公式表示为对于硅管，=0.1，代入公式得=1.13对于锗管，=10，代入公式得=113可见，当温度升高到60 时，硅二极管的反问电流仍然比锗二极管的小得多(1.13 113)，证明硅管的温度稳定性好于锗管。1-10 分析图题1-10(a)所示电路中二极管的工作状态(导通或截止)，确定出的值，并将结果填入图(b)的表中。图题1-10(a)电路图；(b)表格与解答解 设、导通电压为0.7 V。当=0，=0时，、均处于正偏而导通，则；当=0，=5 V时，看上去好像、均处于正偏而导通，而实际上，导通后，值被箝位在4.3 V上，就使处于反偏状态而截止，因此此时=4.3 V；同理，当=5 V,=0 V时，截止，导通，仍有=4.3 V;当=5 V时，、均处于正偏置而导通，此时+5=4.3 V。将上述分析结果填入图题1-10(b)表格内。1-11 两只硅稳压管的稳压值分别为=6 V,=9 V。设它们的正向导通电压为0.7 V。把它们串联相接可得到几种稳压值，各是多少?把它们并联相接呢?解 当两个稳压管串联时能得到四个稳压值：两只稳压管均反接时，其稳压值为两管稳压值之和，即6+9=15 V；当正接，反接时，应得0.7+9=9.7 V；当反接，正接时，应得6+0.7=6.7 V；当两管均正接时，应得0.7+0.7=1.4 V。当两个稳压管并联时，只能得到两种稳压值：两只管子均反接时，其稳压值由低的那一个决定，即为6 V，这种情况一般不常用；当两管中只要有一个正接，图题1-12或者两管均正接时，其稳压值均为0.7 V。1-12测得工作在放大电路中两个晶体管的两个电极电流如图题1-12所示。(1)求另一个电极电流，并在图中标出实际方向。(2)判断它们各是NPN还是PNP型管，标出e、b、c极。(3)估算它们的和值。图题1-12解 (1)将图题1-12(a)中的两个已知电流求和就是另一电极电流，即0.1+4=4.1，其实际方向是向外流的。图(b)中，将两个已知电流相减就是另一电极电流，即6.10.1=6，其实际方向也是向外流的。(2)图(a)中，由电流方向及数量级得知，只有NPN管满足这个要求，并且知0.1为b极，4为c极，4.1为e极；同理图(b)管为PNP型，0.1 为b极，6 为c极，6.1为e极。上述结果已标在图中。(3)求图(a)管的与值：=40 0.976图(b)管的与值：=601-13 一只三极管的输出特性如图题1-13的实线。试根据特性曲线求出管子的下列参数：、和。图题1-13解 (1)图解值在晶体管输出特性曲线族的放大区(曲线平行等距的区域)找一个，对应找到，再由的定义式可得(2)求值由与的关系式计算可得(3)求在功耗线上任取一点，将该点所对应的纵坐标与横坐标的读数相乘可得值：PCM=5 mA10 V=50(4)确定穿透电流=0的输出特性曲线对应的值即为，图中已标上=10，因此=10(5)求根据的关系可得(6)确定击穿电压对应=0的输出特性曲线开始上翘时的值即为：=50 V1-14 测得工作在放大电路中几个晶体管的三个电极电位、分别为下列各组数据，判断它们是NPN型，还是PNP型?是硅管，还是锗管?确定e、b、c三个电极。(1)=3.5 V,=2.8 V,=12 V(2)=3 V,=2.8 V,=12 V(3)=6 V,=11.3 V,=12 V(4)=6 V,=11.8 V,=12 V解 解此题的理论根据有两条：由值确定材料。对于硅材料，其 V；对于锗材料，其0.2 V。由放大管的e结正偏，c结反偏确定管子的类型。 对于NPN管应满足；对于PNP管应满足，同时还能确定管子的三个电极。(1)=0.7 V，因此是硅材料；,且均为正值，可见该管为NPN型，同时三个电极分别：是b极；2是e极；是c极。 (2)=0.2 V，因此是锗材料；，该管是NPN型，三个电极分别：为b极；为e极；为c极。(3)=0.7 V，因此是硅材料；，该管为PNP型，并且它的三个电极分别：为c极；为b极；为e极。(4) V，因此是锗材料；，该管为PNP型，三个电极分析：为c极；为b极；为e极。1-15 绝缘栅型场效应管漏极特性曲线如图题1-15(a)(d)所示。图题1-15(1)说明图(a)(d)曲线对应何种类型的场效应管。(2)根据图中曲线标定值确定、和数值。解 图(a)中，因此是N沟道增强型MOS管。对应0的值为开启电压，即=3 V图(b)中，因此该管是P沟道增强型MOS管。开启电压为2 V图(c)中 0，因此是P沟道耗尽型MOS管。对应的值为夹断电压，即=2 V对应=0 V时的值为：=2 图(d)中0，因此是N沟道耗尽型MOS管。其夹断电压为)=3 V=31-18 填空题试从下述几方面比较场效应管和晶体三极管的异同。(1)场效应管的导电机理为，而晶体三极管为。比较两者受温度的影响管优于管。(2)场效应管属于器件，其G、S间的阻抗要晶体三极管b、e极间的阻抗，后者则应属于器件。(3)晶体三极管3种工作区域是，与此不同，场效应管常把工作区域分为3种。(4)场效应管的漏极D与源极S互换使用，而晶体三极管的集电极C与发射极E则互换使用。解 (1)一种载流子(多子)参加导电；两种载流子参加导电；FET；BJT。(2)压控；远大于；流控。(3)饱和、放大、截止；可变电阻区、恒流区、击穿区。(4)b、c、e；NPN、PNP。1-19 测得半导体三极管及场效应管三个电极对地的电位如图题1-19所示，试判断下列器件的工作状态。图题1-19解 晶体管放大的条件：对于NPN型，其7 V，各极电位关系；对于PNP型，其2 V，各极电位关系。图(1)1=0.7 V，满足NPN管的放大条件，因此处于放大状态，由上而下流。图(2)，=0.6 V，也满足NPN管的放大条件，因此处于放大状态，由上而下流。图(3)是N沟道结型FET，其放大条件是，。 V，满足放大条件，因此处于放大状态，由上而下流。图(4)是PNP管，UBE= V，是硅材料。，满足放大条件，因此处于放大状态，由下而上流。图(5)是N沟道耗尽型MOS管，要求UGS0，。=4.4 V,，处于放大状态，由上而下流。图(6)是PNP管。e结反偏，因此截止。图(7)也是PNP管。e结反偏，因此截止。图(8)是PNP管。 V，管子处于放大区。图(9)是N沟道增强型MOS管，要求。本例中，因此截止。图(10)是P沟道增