北京交通大学模拟电子技术习题及解答第二章 半导体二极管及其基本电路.doc

第二章 半导体二极管及其基本电路2-1填空 （1）N型半导体是在本征半导体中掺入 ；P型半导体是在本征半导体中掺入 。（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流会 。（3）PN结的结电容包括 和 。 （4）晶体管的三个工作区分别是 、 和 。在放大电路中，晶体管通常工作在 区。（5）结型场效应管工作在恒流区时，其栅-源间所加电压应该 。（正偏、反偏）答案：（1）五价元素；三价元素；（2）增大；（3）势垒电容和扩散电容；（4）放大区、截止区和饱和区；放大区；（5）反偏。2-2判断下列说法正确与否。（1）本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。（ ）（2）P型半导体带正电，N型半导体带负电。（ ）（3）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证RGS大的特点。（ ）（4）只要在稳压管两端加反向电压就能起稳压作用。（ ）（5）晶体管工作在饱和状态时发射极没有电流流过。（ ）（6）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（ ） （7）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ）（8）若耗尽型N沟道MOS场效应管的UGS大于零，则其输入电阻会明显减小。（）答案：（1）对；温度升高后，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体来讲，电子和空穴的数量始终是相等的。（2）错；对于P型半导体或N型半导体在没有形成PN结时，处于电中性的状态。（3）对；结型场效应管在栅源之间没有绝缘层，所以外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证RGS大的特点。（4）错；稳压管要进入稳压工作状态两端加反向电压必须达到稳压值。（5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。（6）对； N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。 （7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。（8）错。绝缘栅场效应管因为栅源间和栅漏之间有SiO2绝缘层而使栅源间电阻非常大。因此耗尽型N沟道MOS场效应管的UGS大于零，有绝缘层故而不影响输入电阻。2-3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？ 答：当正向电流超过最大整流电流会使二极管结温过高，性能变坏，甚至会烧毁二极管；当反向工作电压超过最高反向工作电压时，会发生击穿。2-4当直流电源电压波动或外接负载电阻RL变动时，稳压管稳压电路的输出电压能否保持稳定？若能稳定，这种稳定是否是绝对的？答：能稳定，但不是绝对的，超出一定范围时，不能够再稳定。2-5既然三极管具有两个PN结，可否用两个二极管相连以构成一只三极管，说明理由。答：不能。因为三极管中的两个PN结是相互有关联的。2-6三极管的电流放大系数、是如何定义的？能否从共射极输出特性曲线上求得？在整个输出特性，取值是否均匀一致？答：共基极电流放大系数；：共射极电流放大系数；根据的定义，可以在共射极输出特性曲线上求出，在整个输出特性曲线上，的取值并不均匀一致，只有在放大区内，取值才为一致的。2-7一只NPN型三极管，能否将e和c两电极交换使用？为什么？答：不能，因为三极管中两个PN结并不对称。 2-8怎样用万用表判断二极管的正、负极性及好坏？答：可以利用万用表的电阻挡测量二极管两端电阻，正向时电阻很小，反向时电阻很大。2-9场效应管与双极性三极管比较，有什么特点？答：1）场效应管是电压控制型器件，栅极基本不取电流，输入电阻高；2）场效应管是多子导电，而晶体管两种载流子均参与导电，因而场效应管受温度、辐射的影响较小；3）场效应管的噪声系数很小；4）场效应管的源极和漏极可以互换使用，而晶体管一般情况下集电极和发射极不能互换使用；5）场效应管的种类比晶体管种类多，故使用更加灵活；6）场效应管集成工艺更简单、功耗更低、工作电源电压范围宽。2-10二极管电路如题2-10图所示，试判断图中的二极管是导通还是截止？输出电压为多少？ 本题可以通过二极管端电压的极性判断其工作状态。一般方法是断开二极管，并以它的两个极作为端口，利用戴维南定理求解端口电压，若该电压是二极管正偏，则导通，若反偏则截止。（a）图将二极管断开，从二极管的两个极为端口向外看，如题2-1解（a）图所示，则A-B间电压为12-6=6V，二极管处于正偏，导通。（b）图将二极管断开，从二极管的两个极为端口向外看，如题2-1解（b）图所示，则A-B间电压为3-2=1V，二极管处于正偏，导通。（c）当有两只二极管时，应用以上方法分别判断每只管子的状态。如题2-1解（c）图所示首先断开上面二极管D1，则下面二极管D2截止，所以D1两端电压为正偏导通；然后再断开下面二极管D2，如题2-1解（d）图则D1两端电压为正偏导通，则D2两端电压为负截止，综上所述，D1导通、D2截止。（d）根据前面分析方法，可知D1、D3截止，D2、D4导通。2-11电路如题2-11图所示，稳压管的稳定电压UZ=8V，设输入信号为峰值15V三角波，试画出输出uo的波形。解：如图所示。三角波正半周时，当电压幅值小于稳压管的稳压值时，稳压管截止，当等于大于稳压值时，稳压管反向击穿，输出电压为稳压管稳压值；三角波负半周时，稳压管正向导通，假设正向电阻为0，则输出电压为零。2-12如题2-12图所示，电路中两只稳压管完全相同，UZ=8V，试画出输出uo的波形。解：如图所示。三角波正半周时，当电压幅值小于稳压管的稳压值时，下面一只稳压管截止，当等于大于稳压值时，稳压管反向击穿，输出电压为稳压管稳压值；三角波负半周时，上面一只稳压管截止，当等于大于稳压值时，稳压管反向击穿，输出电压为稳压管稳压值。 2-13测得放大电路中三只晶体管三个电极的直流电位如题2-13图所示。试分别判断它们的管型（NPN、PNP）、管脚以及所用材料（硅或锗）。解：本题考查是否掌握通过实验的方法判断管型和管脚的方法。在实验室中，常常通过对电路中晶体管各管脚电位的测试来判断晶体管的类型、材料及其工作状态。NPN型管和PNP型管工作在放大状态时，电位满足如下关系：硅管导通时UBE大约为0.7V，锗管导通时UBE大约为0.3V。根据上图，T1管有两个极的电位相差0.7V，所以T1应为硅管，而T2和T3管均有两个极电位相差为0.3V，所以T2和T3管为锗管。因为T1管另一个极电位最高，为集电极，可判断为NPN型管；T2和T3管另一个极电位最低，为集电极，所以为PNP型管。2-14电路及二极管伏安特性如图所示，常温下UT26mV，电容C对交流信号可视为短路，ui为正弦波，有效值为10mV，问（1）二极管在输入电压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有效值为多少？ 解：在分析这类电路时，应首先分析静态电流和电压，即静态工作点Q，然后求出在Q点下的动态电阻，再分析动态信号的作用。（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，在二极管的伏安特性坐标系中作直线，与伏安特性曲线的交点就是Q点，如图所示。读出Q点的坐标值，即为二极管的直流电流和电压，约为（2）根据二极管动态电阻的定义，Q点小信号情况下的动态电阻为根据已知条件，二极管上的交流电压有效值为10mV，故流过的交流电流有效值为 2-15测得某放大电路中五只场效应管的三个电极电位分别如表所示，阈值电压也在表中给出。试分析分别是何种场效应管，并将其工作状态也填入表中。题2-15表序号UGS（th）/UGS（off）US/VUG/VUD/V管型工作状态结型 T1313-10结型 T2-33-110MOS T3-450-5MOS T44-23-1.2MOS T5-30010解：本题考查是否能够通过场效应管各极的电位来判断管型及工作状态。由于T1管为结型场效应管，且UGS（off）=3V0，所以为P沟道管，由于UGD= UG UD=13V UGS（off），故管子工作在恒流区；由于T2管为结型场效应管，且UGS（off）=-3V 0，所以为N沟道管，由于UGS= UG US=-4V UGS（off），故管子截止；T3管为MOS管，由于UGS（th）=-4V0且UDS= UD US=-10V0，所以是P沟道增强型MOS管，由于UGS= UG US=-5V0且UDS= UD US=0.8V0，所以是N沟道增强型MOS管，由于UGD= UG UD=4.2V UGS（th），工作在可变电阻区。T5管为MOS管，由于UGS（off）=-3V0，所以是N沟道耗尽型MOS管，由于UGD= UG UD=-10V UGS（off），工作在恒流区。将以上分析结果填入表中，得到序号UGS（th）/UGS（off）US/VUG/VUD/V管型工作状态结型 T1313-10P沟道恒流区结型 T2-33-110N沟道截止MOS T3-450-5P沟道增强型恒流区MOS T44-23-1.2N沟道增强型可变电阻区MOS T5-30010N沟道耗尽型恒流区2-16测得某晶体管的电流IE=2mA，IB=50A，ICBO=1A，试求、及ICEO。解：，而则2-17某放大电路中双极型晶体管3个电极的电流如题2-17图所示。已测出。试分析A，B，C中哪个是基极、发射极？该管的为多大？题2-17图解：由于，所以A为集电极，B为基极，C为发射极。2-18一个结型场效应管的转移特性曲线如题2-18图所示。试问：（1）它是N沟道还是P沟道的场效应管？（2）它的夹断电压UGS（off）和饱和漏电流各是多少？题2-18图 解：为N沟道结型场效应管，如图所示夹断电压UGS（off）=-4V，饱和漏电流=3mA。2-191个MOS场效应管的转移特性如题2-19图所示（其中漏电流的方向是它的实际方向），试问：（1）是耗尽型还是增强型？（2）是N沟道还是P沟道？（3）从这个转移特性曲线上可求出该场效应管的什么参数？其值是多大？题2-19图解：为P沟道增强型MOS管，可求出UGS（th）UGS（th）=-4V2-20电路如题2-20图所示，管子T的输出特性曲线如图所示，Rd=5k，试分析输入uI为0、8、10V三种情况下，uO分别是多少？解：（1）当uI=0，即uGS=0，管子处于夹断状态，所以iD=0，则uO=uDS=VDD- iDRD=15V。 （2）当uI=8V，即uGS=8V，从输出特性可知，管子工作在恒流区，且iD=1mA，则 uO=uDS=VDD- iDRD=15-5