思考题与习题答案

1、思考题与习题 11- 1 回答以下问题：（ 1）半导体材料具有哪些主要特性？（2）分析杂质半导体中多数载流子和少数载流子的来源；（ 3）P 型半导体中空穴的数量远多于自由电子，N 型半导体中自由电子的数量远多于空穴，为什么它们对外却都呈电中性？4）已知温度为 15时， PN 结的反向饱和电流 I S 10 A 。当温度为 35时，该 PN结的反向饱和电流 IS 大约为多大？（5）试比较二极管在 Q 点处直流电阻和交流电阻的大小。 解：（1）半导体的导电能力会随着温度、光照的变化或掺入杂质浓度的多少而发生显著改 变，即半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。（2）杂质半导体中的多数载流子是由杂质

2、原子提供的，例如N 型半导体中一个杂质原子提供一个自由电子， P 型半导体中一个杂质原子提供一个空穴， 因此多子浓度约等于所掺 入的杂质浓度；少数载流子则是由热激发产生的。（3）尽管 P 型半导体中空穴浓度远大于自由电子浓度，但P型半导体本身不带电。因为在 P 型半导体中，掺杂的杂质原子因获得一个价电子而变成带负电的杂质离子（但不能 移动），价电子离开后的空位变成了空穴，两者的电量相互抵消，杂质半导体从总体上来说 仍是电中性的。同理， N 型半导体中虽然自由电子浓度远大于空穴浓度，但 N 型半导体也 是电中性的。（4）由于温度每升高 10 C，PN 结的反向饱和电流约增大 1 倍，因此温度为

3、35时，反向饱和电流为35 15IS 10 2 10 40 A（ 5）二极管在 Q 点处的直流电阻为RDUDID交流电阻为rduDUTiDID式中 UD 为二极管两端的直流电压，U D U on ， I D 为二极管上流过的直流电流，U T 为温度的电压当量，常温下 UT 26mV ，可见 rd RD 。1-2 理想二极管组成的电路如题 1-2 图所示。试判断图中二极管是导通还是截止，并 确定各电路的输出电压。解 理想二极管导通时的正向压降为零， 截止时的反向电流为零。 本题应首先判断二极管 的工作状态，再进一步求解输出电压。二极管工作状态的一般判断方法是： 断开二极管，求 解其端口电压；若该

4、电压使二极管正偏，则导通；若反偏，则截止。当电路中有两只或两只 以上二极管时， 可分别应用该方法判断每只二极管的工作状态。 需要注意的是， 当多只二极 管的阳极相连（共阳极接法）时，阴极电位最低的管子将优先导通；同理，当多只二极管的 阴极相连（共阴极接法）时，阳极电位最高的管子将优先导通。2k6VD1D1D 22k 5V 9VUOb）7VOD24V3k6Vc）题 1-2图d）UO（a）断开二极管 D，阳极电位为 12V ，阴极电位为 6V ，故导通。输出电压 UO 12V 。（b）断开二极管 D1、D2，D1、D2为共阴极接法，其阴极电位均为6V，而 D1 的阳极电位为 9V，D2 的阳极电位

5、为 5V，故 D 1优先导通，将 D2的阴极电位钳制在 7.5V ， D2因反 向偏置而截止。输出电压 U O 7.5V 。（c）D1、D2为共阴极接法，同理可得 D1导通， D2截止。输出电压 UO 6V 。（d）D1、D2 为共阳极接法，阴极电位低的管子将优先导通，故D2 导通， D1 截止。输1-3 图所示。已知 D1、 D 2的导通 Multisim 软件进行仿真验证。出电压 U O 4V 。1-3 二极管组成的电路及其相应输入电压波形如题电压为 0.3V ，试分别画出它们的输出电压波形，并用RD1 D2uI2V2VuO解 Multisim 软件仿真验证略。（a）本题电路中有动态电压输

6、入，注意此时二极管的工作状态取决于电路中直流电源 与交流信号的幅值关系。波形图如下：（b）D1、D2为共阴极接法，阳极电位高的管子将优先导通，因此只有当两个输入电压均为 0V 时，输出才为 0.3V ，其他情况下的输出均为 2.7V 。波形图如下：1-4 电路如题 1-4 图所示。 设稳压管 降均为 0.7V ，试求各电路的输出电压。DZ1 和 DZ2 的稳定电压分别为 5V 和 10V ，正向压25V1kDZ1D Z21kDZ1DZ2( a )25VUO( c )UO25V1kUOD Z1D Z2题1-4图解图（ a）中两只稳压管相串联， 图（ b）中两只稳压管相串联， 图（ c）中两只稳压

7、管相并联， DZ2 反向截止。图（ d）中两只稳压管相并联，DZ1、DZ2均工作在反向击穿状态， 故 uO DZ1、DZ2 均为正向导通，故 uO 0.7V DZ1 首先被反向击穿，将输出电压钳位在5V 10V 15V 。0.7V 1.4V 。5V ，于是uODZ1 正向导通， DZ2 反向截止，故 uO0.7V 。1-5 有两个三极管，一个管子的150 ， I CEO 200A；另一个管子的50 ，I CEO 10 A，其它参数相同。试问当用作放大时，应选择哪个管子更为合适？解应选第二只。因为虽然第二只的 较小，但它的 ICEO 比第一只小得多，而 ICEO 对温度 非常敏感，会随着温度的增

8、加而迅速增加，从而对放大电路的性能产生较大影响。1-6 已知三极管的两个电极上的电流如题 1-6 图中所标注。试标注另一电极上电流的 大小和方向， 并在圆圈中画出三极管的电路符号。 若管子均工作于放大状态， 试分别求出它 们的电流放大系数 。题 1-6 题解 由于两个电极上的电流数值相差很大， 电流或发射极电流。图（ a）中20 A 的小电流（基极电流） 电流仍为流入，可判定为集电极电流。图（ b）中 40 A 的小电流 （基极电流） 电流流入，可判定为发射极电流。图（c）中 30 A 的小电流（基极电流） 仍为流出，可判定为集电极电流。电路符号和电流标注如下图所示：显然其中的小电流为基极电流

9、， 大电流为集电极流入管子， 因此可判定该管为 NPN 型管，而 1mA流入管子， 可判定该管为 NPN 型管， 而 1.64mA流出管子，可判定该管为PNP 型管，而 1.5mA的电流放大系数图（ a）图（ b）的电流放大系数图（ c）的电流放大系数IC1mAIB20 AIC1.6mAIB40 AIC1.5mAIB30 A5041501-7 测得放大状态下三极管各个电极的对地静态电位如题 管的类型（ NPN 型、 PNP型、硅管、锗管） ，并注明电极e、1-7 图所示，试判断各三极 b、 c 的位置。2V 2.7V 5V（a）2V 4.3V 5V- 5 V - 1 V -1.3 V（b）题1

10、-7图c）解根据题意， 图中的三极管均处于放大状态。由于此时发射结正偏、 集电结反偏，故对于 NPN 型管，三个电极电位的关系是 UCUBUE，PNP 型管则是 UEUB UC。可见，两种 管型均为基极电位居中；确定基极后，若有一个电极和基极之间的电位差值约为 0.7V 或 0.2V ，则该极为发射极，且前者为硅管，后者为锗管；剩下的电极为集电极，若该集电极的 电位最高，说明为NPN 型，NPN 型管；电位最低，为硅管，左起e、b、 c；硅管，左起c、b、e；锗管，左起c、e、 b。PNP 型管。PNP 型，a）b）c）试判断题 1-8 图电路中的三极管能否工作在放大区，并求出三极管的集电极电

11、流1-8值。设 U BE 0.7V ，UCE（sat） 0.3V ，+12V50。100Rk BICRC2kIBRE100 题a题IRIC+15VPNP 型，题 1-8 题NPN 型工作区域的判断方法：首先判断管子是否导通，当U BE 大于 Uon 时，管子导通；当U BE 小于 Uon 时，管子截止。 若管子导通， 再进一步判断其究竟工作在放大区还是饱和区， 此时有两种方法可供选择： 一是根据 UCE和UBE 的大小进行判断。 当UCEUBE（UCUB） 时，管子工作在放大区；当 UCEUBE （ U C U B ）时，管子工作在饱和区。二是根据IB可求得实际的基极电流为12 0.70.10

12、8mA100 51 0.1和 I BS的大小进行判断。 若 IB I BS ，管子工作在饱和区。 这里采用第二种方法进行判断。图（ a）电路中，三极管导通，根据 KVLIBU CC UBERB （1 ）RE而临界饱和基极电流为U CC UCES （RC RE）12 0.70.108mA 50 （2 0.1）I B I BS ，说明三极管处于临界饱和（临界放大）状态，集电极电流为 IC IB 50 0.108 5.4mABS ，IBS图（ b）电路中，三据 KVL 有15IB而临界饱和基极电流为RC I R15假设三极管工作在放大区，则I C I B ，故IRIBI C （1RBIBU BEUB

13、ER（C 1 ）I B RBI BU BE15 0.7RB （1 ） RC210 51 100.02mA20A15 U CESIBSBS （1 ） RC15 0.7 0.028mA51 1028A三极管工作在放大区，集电极电流为IB IBS ，假设成立，ICI B 50 0.02 1mA1-9 题1- 9图电路中，已知 UCC 5V，UBE 0.7V，100 。当输入 uI 5V时，输出 uO 0.3V ，三极管饱和，试计算 RB /RC 的最大值。解根据题意，当输入 uI 5V 时，输出 uO 0.3V ，三极管工作在饱和区，故有 IC I B 。 由图可知，此时的基极电流和集电极电流分别为

14、uI U BE 5 IBRB0.7 RB4.3 RBU CCuO 50.34.7ICCRCRCRC代入 ICI B ，得4.71004.3RCRBRB43091.5RC4.71-10 场效应管三个电极的直流电位如题1-10 图所示，试分别判断它们的工作区域。3V-5VUGS题off 题 =-2V2V2V题a题UGS 题th题 =-2V-4V-1V题b题题 1-10 题解图（ a）中为耗尽型 NMOS 管，UGS0V，UDS1V。由于 UGS U GS（ off），管子导通； 又因 U DS U GS U GS（off ），故可判断管子工作在可变电阻区。图（ b）中为增强型 PMOS 管， UG

15、S 3V ， UDS 4V 。由于 UGS U GS（th），管子导 通；又因 U DS UGS U GS（th），故可判断管子工作在恒流区。1- 11判断题 1- 11图的接法能否构成复合管。如果能，说明它们等效管的类型及管脚。b）图（ a）不能，因为第一只三极管的集电极和第二只三极管的基极电流方向冲突。图（ b）不能，因为第一只三极管的集电极和第二只三极管的发射极电流方向冲突。图（c）能，等效管的类型为 图（d）能，等效管的类型为 1- 12 单项选择： 解（1）PN 结外加反向电压时，A、变窄（2）题 1-12 图 a 电路中， A、 uANPN 管，其中上端为集电极， PNP 管，其中上端为发射极， 空间电荷区将（ B ）；B、变宽uA 3sint（V ）， uB 3V ， B 、 uB中端为基极， 下端为发射极。 中端为基极， 下端为集电极。C、基本不变则输出 u Y （ A ）；C 、 uA uB3）题 1- 12 图 b 电路中，稳压管DZ 的稳定电压 UZ 8V ，最小稳定电流I Zmin 5mA ，A、不能稳压B、能稳压工作C、损坏（4）测得 NPN 锗三极管的各极电位分别为 UB 3V ，U C 7.8V ， U