模拟电子技术教学资料-半导体器件常见问题

1、半导体器件问题一、为什么说在空间电荷区内几乎没有载流子？问题二、二极管短路，是否应该有电流流通？把一个有玻璃壳的二极管刮去外面的黑漆，两端接一微安表，不接任何电源在光照之下电表是否有指示？把它加温到5ac ,过一段时间后, 电表是否有指示？问题三、实验测出的二极管外特性与二极管方程式所表示的规律有何不同？问题四、在用万用表测二极管的正向电阻值时，用qx 1档测出的电阻值小，而用qxioo挡测 出的电阻值大，为什么？问题五、在稳压管的击空机理中,为什么 血<4v是齐纳击穿而 >7v是雪崩击空？三极 管的发射结，发射区掺杂度高基区掺杂浓度低，如果击穿，又属于什么机理？问题六、如何用较简

2、单的办法测试稳压管的极性和好坏？如何区分整流用的二极管和稳压 管？问题七、两个硅稳压管，pz1=6v, pk2=9v。把两者串联时可得到几种稳压值？把两者并 联时又如何？问题八、双极型三极管有两个pn结。如果仿照这种结构，用两个二极管反向串联，并提 供必要的外部偏置条件，能获得与三极管相似的电流控制和放大作用吗？为什么？问题九、对晶体三极管是否在这个意义上说它有电流放大作用？反之，/cv/e, 是否就没有放大作用？问题十、怎样利用万用表判断出双极型三极管的三个极和类型（npn或pnp型）？问题十一、在用图121的线路测量双极型三极管的特性时，（1 ）对电压表x和v2有什 么要求？把71的正端改

3、接测量"的微安表的正端，有什么影响？（ 2 ）在测量输岀特性时， 令 c = 0,则测量/c的毫安表的指针反转，这是为什么？把/c固定为一值后，每当改变 /cc时，/b都会变化，这是为什么？问题十二、什么是二极管和晶体管的击穿？为什么晶体管/c>/cm时，只是下降，管子 不一定损坏？问题十三、三极管的反向击穿电压为什么？有hbr）cbo= r（br）ces>f（br）cer> f（br）ceo 的关系？问题十四、什么是场效应管的沟道、沟道电阻？为什么场效应管是多子导电？问题十五、场效应翻案在漏端预夹断后，为什么还有漏电？问题十六、为什么结型场效应管没有增强型的工作方

4、式？ 答案如下：一、为什么说在空间电荷区内几乎没有载流子？答：pn结各反所带的电荷，应由该处杂质离子与载流子电荷的总和來决定i在 空间电荷的总和来决定。在空间电荷区以外的p区或n区中，杂质离子的电荷被载流 子电荷所补偿，总电荷等于零，所以是电中性的。在进入空间电荷区后，多数载流子 （対p区是空穴，対n区是自山电子）的浓度将迅速地降低到対方区域少数载流子的 浓度，就不足以完全补偿杂质离子的电荷了。必须注意到除边界以外，在大部分空间电荷 区中，多数载流子的浓度很快减小以至耗尽。所以,如果忽略空间电荷区中载流子的电 荷，就可以认为，空间电荷区中的总电荷密度主要由杂质离子决定。一般认为空间电荷区 的电

5、荷密度等于杂质离子的电荷密度，而载流子浓度近似为零。这种近似模型叫做耗 尽层近似。空间电荷区也叫耗尽层。二、二极管短路，是否应该有电流流通？把一个有玻璃壳的二极管刮去外面的黑漆， 两端接一微安表，不接任何电源，在光照之下电表是否有指示？把它加温到50°c, 过一段时间后，电表是否有指示？答：二极管短路时没有电流。原因是pn结两端虽有电位差，但是在半导体和金 属电极接触处，也有”接触电位差“，后者抵消了pn结两端的电位差。金属一半导体 结和pn结不同：（1 ）没有单向导电性，（2）接触电位差和外加电压的极性及幅 值无关。这种接触叫做”欧姆接触“。从另一种角度分析，如果有电流，金属导线就

6、会 发热，二极管就要冷却。作为一个热平衡的整体，要产生这种现象是不可能的。所以, 二极管短路时/ =0。二极管受光照后，光能激发半导体内的载流子，产生电子空穴对。对p区和n区的多 子来说，原来浓度很大，受光激发后浓度变化不大。但是对少子来说，原来浓度很小, 受光激发后浓度可能增大很多倍。因此，光照对多子的扩散运动影响不大，但却大大 加强了少子的漂移运动。在pn结电位差的作用下，这些增加的少子漂移过pn结， 形成反向电流。光照愈强，反向饱和电流愈大。如果把二极管加热后，使之稳定在50。而不再加热，则在新的热平衡下，电表指示又将 为冬。总之，二极管要有电流，除了必须有pn结这一内因之外，还必须有外

7、因，即必须外 加能量。一般用电能，也可以用光能、热能、辐射能等。三、实验测出的二极管外特性与二极管方程式所表示的规律有何不同？答：二极管伏安特性的实验值理论计算值有不同之处对正向特性：由于引线 电阻和p区、n区体电阻的存在，实际作用在pn结上的电压比外加电压要小，所以 正向电流的实际值要比理论计算值小。对反向特性：由于二极管表面漏电阻的存在， 反向电流的实验值要比理论计算值大。四、在用万用表测二极管的正向电阻值时，用£1x1档测出的电阻值小，而用qxloo 挡测出的电阻值大，为什么？答：用万用表测出的二极管电阻值是它的直流电阻。由于二极管是非线性见件， 它的电压和电流不成正比，所以通

8、过管子的电流也不同，测岀的直流电阻也不同。当 用qxl档测量时，山于万用表的内阻小，通过二极管的屯流大，管子工作在q1点处, 所以直流电阻（7d1/d1）小。当用0x10（）档测量时,万用表内阻大，通过二极管的电流 小,管子工作在点02处,所以直流电阻（7d2/d2）大。五、在稳压管的击空机理中，为什么/zv4v是齐纳击穿，pk>7v是雪崩击空？三 极管的发射结，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低，如果击穿，又属于什么机理？ 答：齐纳击穿是由于空间电荷区内的强电场把半导体原子共价键内的束缚i听强 行拉出，新的电子空穴对大量涌现而发牛的。掺杂浓度高的二极管，结区很窄，不太 高的反向电压就能引

9、起齐纳击穿。所以，稳定电压低（忽<4v）时是齐纳击穿。雪 崩击穿则是由于参与漂移的少子进入空间电荷区后，在电场作用下，运动速度增大， 得到足够的动能，在撞击其它离子时，大量产生新的电子空穴对。这一现象中有连锁 反应，最后导致击穿。掺杂浓度低的二极管，结区较宽，少子在运动时，能获得较大 的动能，导致雪崩击穿。但由于结区较宽，要产生一定的电场强度，所需反向电圧也 较高。所以，稳定电压vz>i的属于雪崩击穿。三极管中的发射结是p+n或pn+结。这种pn结的击穿电压由掺杂浓度低的基区的 掺杂情况决定，属于雪崩击穿。掺杂浓度愈低，击穿电压愈高。六、如何用较简单的办法测试稳压管的极性和好坏？如

10、何区分整流用的二极管和稳压 管？答：在一定范围内，稳压管和二极管都有单向导电性，所以可用测二极管极性和 好坏的办法来测试稳压管的极性和好坏。两者不同之处是：稳压管的反向击穿电压比 较低（几伏到十几伏），而二极管的反向击穿电压都在50v以上。所以，如果万用表 的欧姆档内接有15v或22.5v的电池，用高阻档（此时所接电池为15v或22.5v）测 一个管子的反向电阻时电阻很小，而改用低阻档（此时欧姆档所接电池只有1.5v或3 v）时，反向电阻很大，这个管子可能就是稳压管。七、两个硅稳压管，z1=6v, z2=9vo把两者串联时可得到几种稳压值？把两者并联时又如何?答：稳压管实际上只是特殊制造的二极

11、管。丘作石反向击穿时，它两端的反向电 压就是稳定电压。在正向电压下工作时，它两端的正向电压仍为0.7v （指硅管）。所 以，如果把两个稳压管串联，由于有四种接法（每个管子可以正接或反接），可得四 种稳压值，它们是15v, 6.7v （一管正接），9.7v （一管正接），1.4v （两管正接）。 如果把两个稳压管并联，则只要有一管止接，稳压值就是0.7v。而当两管都反接时， 稳压值只能是较小的数值，即6vo八、双极型三极管有两个pn结。如果仿照这种结构，用两个二极管反向串联，并提 供必要的外部偏置条件，能获得与三极管相似的电流控制和放大作用吗？为什么？答：没有电流控制和放大作用。因为在三极管中两

12、个pn结通过基区互有联系， 是靠载流子在基区中的传输和复合实现电流的控制和放大的。但是，在两个二极管反 向联接时，不存在联系两个pn结的基区及其作用。所以，在介绍双极型三极管的结 构时，强调的是在同一块半导体材料上，用集成工艺制作出三个掺杂类型和浓度不同 的区，形成两个在载流子运动方而互有联系的pn结，而且基区最薄，掺杂浓度最低。 总之，要实现电流的控制和放大作用，不仅要有正确偏置这一外部条件，而且必须有 涉及管子结构的内部条件。九、对晶体三极管c»zb,是否在这个意义上说它有电流放大作用？反乙/c</e,是否就没有放大作用?答：前面说过，品体管的电流放大作用是指电流之间的控制

13、作用，电流放大系数%是针对电流的变化量而不是绝对量来说的。例如，0 = 厶只是两个电流之比而戸 %二 山 才是集基电流之间的放大系数。在共射放大电路中，止是利用控制的办_q -法改变，使% =万 业叫,从而获得电流放大和电压放大作用的。単aci- a是集射电流之间的放大系数。因为/cv/e,=a<1,而 =姒 j <1,所以共基放大电路没有电流放大作用。但电流之间仍有控制作用，现通过电阻rc的 转换作用，共基电路仍可有电压放大。十、怎样利用万用表判断出双极型三极管的三个极和类型（npn或pnp型）？ 答：（1）首先判定基极和管型：由于双极型三极管的b极切c极和b极sje极 的分别是

14、两个pn结，根据pn结正向电阻小、反向电阻大的特点，用万用表的qxloo 档将黑表笔（万用表内电池的正极）接在任一管脚上，用红表笔（万用表的电池的负 极）分别搭接另外两个管脚。当出现两次电阻都很大（或都很小）时，则黑表笔所接 电极就是基极。如果红表笔分別接另外两个管脚时电阻都很大，即为pnp型管；电 阻都很小时，即为npn型管。十一、在用图1-21的线路测量双极型三极管的特性时，（1 ）对电压表71和乃有 什么要求？把n的正端改接测量/b的微安表的正端，有什么影响？（ 2）在测量 输出特性时，令vcc=of贝ij测量zc的毫安表的指针反转，这是为什么？把/c固 定为一值后，每当改变mcc时,i

15、b都含变化答：（1 ）电压表v和发分另测量管子的/be和但是，山于两个电 压表的存在，两个电流表测量的值将不等于/b和/c为了减小这一误差，电压刃所 取的电流必须远小于/b,电压表所取的电流必须远小于/c为此，应该使用输入 电阴很高的晶体管电压表。如果把的正端改接微安表的正端，则此时卩a表测出的虽 是实际的/b,而v测出的却是rbe+/brm（7?m是闷 表的内阻），比实际的plbe（2）7cc =0时，测量/c的毫安表指针反转。这是因为在vcc=o时，双极型三 极管转化成两个二极管的并联，此时/c与管子处于放大状态时的/c反向，所以毫安 表指针反转。因定值后，每当vcc改变时，/b会变化。例

16、如，7cc增大时，/b会 减小。这是由于7cc改变时，/b变化。由于管子内部的基区宽度调制效应，/b会变 化。所以，在测量双极型三极管的输出我时，每改变一次的值，都要把/b调回 到所规定的值。v返回 十二、什么是二极管和晶体管的击穿？为什么晶体管工作在fc>/cms时，只是“下 降，管子不一定损坏?答：以pn结为例加以说明：如果增大加pn京两端的反向电压，当电压到达 一定数值时，反向电流突然迅速增大，这个现象叫pn结的击穿，是”电击穿“。发生 击穿时的反向电压叫击穿电压。pn结击穿后，如果电流被控制在较小的值，则击穿 一般可以复原。这时只要把反向电压降低到击穿电压以下，pn结将恢复反向高

17、阻状 态。击穿的危险在于：如果击穿后的电流很大，电压会很高，因而消耗在pn结上的 功率很大，就会使pn结发热而过渡到“热击穿“。此后，pn结的电流和温度之间出 现恶性循环：大电流使结温升高，而温度升高又使pn结的反向电流变得更大。这样 循环下去，很快就会把pn结烧毁（断开或短路）。在品体管中，流过集电极的电流 大，电压（7ce）也高，所以集电结的击穿和烧毁最值得注意。最大工作电流/cm是晶 体管的0减小到最大值的一半左右时的集电极电流。如果/o/cm,只要不太大, 消耗在集电结上的功率pc不超过允许的最大集电结耗散功率pcm,则集电结就不会 发生热击穿，管子也不会损坏。十三、三极管反向击穿电压

18、为什么有 f（br）cbof（br）ces> f（br）cer>f（br）ceo 的关系？答：（1 ） r（br）cboe极开路，cb结的反向击穿电压。此吋流经cb极的是/cbo。当反向电压mce增至一定程序时，/cbo急剧增大,最后导致击穿。（2 ） %br）ceob极开c-e极之间的反向击穿电压。此时流经c-e极的是 /ceo。当反向电压/ce增加到/ceo开始上升时的vce就是/（br）ceo。应该注意, 在此情况下，当集电结开始击穿时，/c增大，同时发射结分到的正向电压增大，使c 区注入b区的电子增多，/e增大。/e的增大又将使/c进一步增大。所以，这里有一 个培增效应，而

19、最后使c-e极之间击穿电压 内br）ceo要比：br）cbo小即 %br）ceo>%br）cbo。 3 ） r（br）cer和r（br）ces-b-e极z间接电阻（r ）和短路（s ）时的 r（br）ceo在be极之间接电阻r后，发射结被分流。当集电结反向电流/cbo流过 b极时，由于分流而使流过发射结的电流减少。所以，在上面（2）中所说的倍增效 应减小，为了进入击穿状态，必须加大/ce。也就是说，k（br）cer>r（br）ceoo电 阻r愈小，它对发射结的分流作用愈大，所以进入击穿状态时，所需的/ce愈大。当 人=0并略去基区的体电阻*则发射结相当于短路。此时%br）cbo=%

20、br）ces。v返回十四、什么是场效应管的沟道、沟道电阻？为什么场效应管是多子导电答：场效应管的电流控制机理与双极型品体看不由幺是由电场来控制载流子导 电通道的大小来控制电流大小的。对结型场效应管，这个电场是反向pn结的内电场; 对mos管，则是由外加栅圧和衬底之间形成表面电场。以n沟道结型场效应管为例。 在卩酬卩gse）时，只要加上正的漏源电压/ds, n型半导体屮的多数载流子-自 电子就由源极通过n型半导体向漏极漂移，或者说有漏极电流/d从漏极流向源极。 这个n型半导体形成了自由电子或电流的通道，叫做”沟道“。沟道的厚薄，或者说沟 道的电阻受p型栅极和n型沟道间反向pn结的内电场，也就是栅源电压vgs大小的 控制因为电流/d是由n型半导体中多数载流子的