第01章 习题解答.pdf

电子电路基础 http cas ipchina org 1 第一章 习题解答 1 1 1 假设在硅材料的 P 型半导体中 受主杂质浓度为 NA 1023m 3 试求该材料中的空穴 浓度和电子浓度 设 T 300K 解 已知 T 300K 硅中 163 1 5 10 i nm 且有 1723 33 1010 Ai Nn cmm 23 3 0 10 A PN m 2 9 3 0 0 2 25 10i n n p m 1 1 2 在 T 300K 时 硅的本征载流子浓度为 ni 1 5 1016m 3 试求 1 若在 300K 时掺入受主杂质 浓度为 NA 2 1020m 3 计算此时空穴浓度和电子浓度 2 当温度升高到 573K 时 ni近似为 3 1021m 3 设掺入杂质浓度不变 问这时半导体呈 现什么类型的导电性 解 a 163 300 1 5 10 i TKnm 有 20 3 2 10 Ai Nn m 203 0 2 10 A PNm 2 123 0 0 1 125 10 i n nm p b 213203 573 3 10 2 10 iA TKnmNm i n 与 A N相当 近似计算 213 00 3 10 i Pnnm 故半导体呈现本征半导体导电性 1 2 1 对于一个锗 PN 结 在 T 290K 时 试求 1 当反向电流达到其饱和电流 IS的 90 时所加的反向电压 2 当正向电压和反向电压都是 0 05V 问正向电流和反向电流之比 3 如果反向饱和电流等于 1 A 试求正向电压为 0 1 0 2 0 3V 时的电流值 解 290TK 25 T VmV 1 25 0 9 1 1 T qV V V mV sss iII eI e 25ln 1 0 9 0 0576 vVmV 2 1 0 0525 0 0525 i 1 1 7 389 i 1 1 qV KTmV s qV mV V s Iee e I e 正 反 3 1 s IA 电子电路基础 http cas ipchina org 2 0 1 25 1 0 2 25 2 0 3 25 3 1 1 53 6 1 1 2 98 1 1 162 750 16 v mV v mV v mV iA eA iA emA iA emAA 1 2 2 在室温为 290K 时 锗和硅二极管的反向饱和电流 IS分别为 1nA 和 0 5pA 如果二个 二极管串联如图题 1 2 2 所示 且通过 1mA 正向电流 求二极管的结电压各是多少 1mA 1 D Ge 2 D Si 图题 1 2 2 解 1ImA 290 25 T TKVmV 25 9 12 1 1 25ln 1 1 25ln 1 0 345 1 10 1 25ln 1 0 518 1 10 T qV V V mV ss s Ge Si iI eI e i VmV I mA VmVV mA VmVV 即 1 2 3 一个二极管的伏安特性可用 1 1020 12 AeI T V V 表示 设 VT 26mV 试计算 1 如果用一个 1 5V 的干电池接在上述二极管的两端 问有多大电流通过 是否与实际 情况相符 2 用万用表的电阻档测上述二极管的正向电阻时 发现用 10 挡测出的阻值小 用 100 档测出阻值大 为什么 解 1 当所加电压为正偏电压时 理论计算所得的电流值 1 5 1214 26 20 10 1 2 27 10 V mV IeA 但试验中测得的电流不会这样大 因为存在二极管接触电阻 体电阻等分压 实际加至 PN 结两端的电压远小于 1 5V 当所加电压为反偏电压时 12 20 10IA 2 因为使用万用表的10 挡时经过二极管的电流 10 I 要比使用100 挡时经过 二极管的电流 100 I 大 同时由二极管的非线性特性可知当电流I降低时 动态电阻 D r升高 所以用100 挡测出的电阻要大一些 1 2 4 一硅稳压管稳压电路如图题 1 2 4 所示 其中未经稳压的直流输入电压 V1 18V R 1k RL 2 K 硅稳压管 DZ的稳压电压 VZ 10V 动态电阻及未被击穿时的反向电流均可 忽略 1 试求 VO IO I 和 IZ的值 2 试求 RL值降低到多大时 电路的输出电压将不再稳定 电子电路基础 http cas ipchina org 3 O V I V R L R Z D I O I Z I 图题 1 2 4 解 1 2 1812 12 L IZ L R VVV RR Z D被反向击穿 使输出电压稳定 10V 10 5mA 2 18 10 8mA 1 853mA oZ o o L Io Zo VV V I R VV I R III 2 当 L IZ L R VV RR 时 DZ不能被击穿 电路不能稳压 代入 I V R及 Z V可求得 电路不再稳压时的 L R 即 10 1 L L R R 18 1 25 L Rk 1 2 5 电路如图题 1 2 5 所示 稳压管 DZ的稳定电压 VZ 8V 限流电阻 R 3k 设 vi 15 sin t V 试画出输出电压 vo t 的波形 R 3k Z D O v I v 图题 1 2 5 解 1Z 0V 8V v 时 Z D截止 OI vv 1Z Vv 时 Z D反向击穿 O 8Vv 1 0 7V0v 时 1 D导通 2 D截止 此时3 o Uv 当6 s Uv 时 1 D截止 2 D导通 此时6 o Uv 当63 s vUv 时 1 D导通 2 D截止 此时3 o Uv 当0 s Uv 时 1 D截 止 2 D导通 此时0 o Uv 当03 s vUv 时 1 D 2 D均截止 此时 os UU t 电子电路基础 http cas ipchina org 7 3v o U s U t t 3v o o 只画了一个周期 1 3 5 有一串联双向限幅电路 其电路如题图 1 3 5 所示 如果输入信号为一幅度为 15V 的正弦波电压 求输出电压 vo t 的波形 1 D 2 D 10k 10k 2V10V S vt O vt 图题 1 3 5 解 由已知图得 2 D先于 1 D导通 此时 102 106 2 o Uv 且当6 s Uv时 1 D导通 2 D截止 此时10 o Uv 当610 s vUv 时 1 D 2 D均导通 此时 os UU t 6v 10v o U s U t t o o 6v 10v 只画了一个周期 电子电路基础 http cas ipchina org 8 1 3 6 电路如图题 1 3 6 所示 D1 D2为硅二极管 当 vi 6 sin t V 时 试用恒压降 模型和分段线性模型 Vth 0 5V rD 200 分析输出电压 vO的波形 R 1k 1 D 2 D i v O v 图题 1 3 6 解 1 采用恒压降等效电路法 当 i 00 7Vv 时 1 D 2 D均截止 oi vv 当 i 0 7Vv 时 1 D导通 2 D截止 o 0 7Vv 当 i 0 7Vv 2 D导通 1 D截止 o 0 7Vv o v与 i v波形如图解 1 3 6a 所示 2 折线等效电路如图解 1 3 6b 所示 图中 th V0 5 V D200r 当 i 00 5Vv 时 1 D 2 D均截止 oi vv i 0 5 Vv 1 D导通 2 D截止 i 0 5 Vv 时 2 D导通 1 D截止 因此 当 i 0 5 Vv 时有 ith ODth D V V R v vr r o m 6 0 5 V V2000 5V1 42 V 1000 200 同理 i 0 5 Vv 时 可求出类似结果 i v与 O v波形如图解 1 3 6c 所示 t t i Vv o Vv 6 0 7 0 0 7 6 0 i v o v D r 40 0 6V D R 1k t t i Vv o Vv 6 0 0 6 6 0 a b c 图解 1 3 6 电子电路基础 http cas ipchina org 9 1 3 7 在 0 t 10 ms 时间内 绘出图题 1 3 7 a 所示电路的输出电压 vO t 的波形 1 使用理想模型 2 使用恒压降模型 a b D 5V 50 200 I vt O vt 010 t ms I vtV 30 图题 1 3 7 解 先将D断开 并设与D阳极相连的点的电位为 I v t 则有 III 50 0 2 20050 v tv tv t 1 设二极管是理想的 当 I 0 2 v t I 5 Vv t 即 I 25 Vv t 时 D截止 OI 0 2 vv t 当 I 5 Vv t 即 I 25 Vv t 时 D导通 O 5 Vv O v波形如图解 1 3 7a 所示 2 恒压降等效电路如图解 1 3 7b 所示 当 I 5 7 Vv t 即 I 28 5 Vv t 时 D截 止 OII 0 2 vtv tv t 当 I 5 7 Vv t 即 I 28 5 Vv t 时 D导通 O 5 7 Vvt O vt的波形如图解 1 3 7c 所示 o v t 50 5V D 200 I v t mst I V v t 30 10 a b 图解 1 3 7 1 3 8 电路如图 1 3 8 所示 常温下 VT 26mV 阈值电压 Vth 0 7V 电容 C 对交流信号可 视为短路 信号电压 vi t 15sin t mV 试问 1 二极管在 vi为零时的电流和电压各为多少 2 二极管中流过的交流电流 id为多少 R 2V 500 C i v D i D 图题 1 3 8 电子电路基础 http cas ipchina org 10 提示 本题考查是否了解二极管静态 动态的概念以及小信号作用下动态电阻的求解方 法 在分析此类应用电路时 应首先分析静态电流和电压 即静态工作点Q点下的动态电 阻 再分析动态信号的作用 解 1 利用图解法可以方便地求出二极管的Q点 在动态信号为零时 二极管导通 电阻 R中电流与二极管电流相等 因此 二极管的端电压可写为 DD Vui R 在二 极管的伏安特性坐标系中作直线 DD Vui R 与伏安特性