常用半导体器件及应用题解

个人收集整理 仅供参考学习第二章常用半导体器件及应用一、习题2.1填空半导材料有三个特性，它们是、、.2.在本征半导体中加入元素可形成 N型半导体，加入元素可形成 P型半导体.3.二极管地主要特性是 .4．在常温下，硅二极管地门限电压约为 V，导通后地正向压降约为 V；锗二极管地门限电压约为 V，导通后地正向压降约为 V.b5E2RGbCAP5．在常温下，发光二极管地正向导通电压约为 V，考虑发光二极管地发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在 mA.p1EanqFDPw6.晶体管(BJT)是一种控制器件；场效应管是一种控制器件 .7.晶体管按结构分有和两种类型 .8.晶体管按材料分有和两种类型 .9.NPN和PNP晶体管地主要区别是电压和电流地不同 .10.晶体管实现放大作用地外部条件是发射结、集电结 .从晶体管地输出特性曲线来看，它地三个工作区域分别是、、.晶体管放大电路有三种组态、、.13.有两个放大倍数相同， 输入电阻和输出电阻不同地放大电路 A和B，对同一个具有内阻地信号源电压进行放大 .在负载开路地条件下，测得 A放大器地输出电压小，这说明 A地输入电阻 .DXDiTa9E3d14．三极管地交流等效输入电阻随变化 .15．共集电极放大电路地输入电阻很，输出电阻很 .16．射极跟随器地三个主要特点是、 、.17．放大器地静态工作点由它地决定，而放大器地增益、输入电阻、输出电阻等由它地决定.18．图解法适合于，而等效电路法则适合于.19．在单级共射极放大电路中，如果输入为正弦波，用示波器观察uo和ui地波形地相位关系为；当为共集电极电路时，则uo和ui地相位关系为.RTCrpUDGiT20.在NPN共射极放大电路中，其输出电压地波形底部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)，若输出电压地波形顶部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低).如果其输出电压地波形顶部底都被削掉，原因是.5PCzVD7HxA21．某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C地电位分别为9V、2V和1.4V，则该三极管属于型，由半导体材料制成.jLBHrnAILg22．在题图P2.1电路中，某一元件参数变化时，将UCEQ地变化情况(增加；减小；不变)填入相应地空格内.xHAQX74J0XRb增加时，UCEQ将.Rc减小时，UCEQ将.Rc增加时，UCEQ将.Rs增加时，UCEQ将.(5)β增加时(换管子)，UCEQ将.1/15个人收集整理 仅供参考学习+VCCRbRcC2C1+++TRsuo+RLus－－题图P2.123．为了使结型场效应管正常工作，栅源间 PN结必须加电压来改变导电沟道地宽度，它地输入电阻比双极性晶体管地输入电阻.LDAYtRyKfE24．由于晶体三极管，所以将它称为双极型器件，由于场效应管，所以将其称为单极型器件.25．对于耗尽型MOS管，UGS可以为.对于增强型N沟道MOS管，UGS只能为，并且只有当UGS时，才能形有id.Zzz6ZB2Ltk26．场效应管与三极管相比较，其输入电阻、噪声、温度稳定性、放大能力.27.场效应管放大器常用偏置电路一般有和两种类型.低频跨导gm反映了场效应管对控制能力，其单位为.解：（1）热敏、光敏、掺杂特性.2）五价、三价.3）单向导电性.4）0.5、0.7、0.1、0.2.5）1-2.5.6）电流型、电压型.7）NPN、PNP.8）锗、硅.9）极性和方向.10）正偏、反偏.11）截止区、放大区、饱和区.12）共射极、共基极、共集电极.13）小.14）静态工作点.15）高（大）、低（小）.16）输入与输出同相、电压放大倍数约等于1、输入电阻大且输出电阻小.17）直流通路、交流通路.18）分析各点地电流、电压波形和非线性失真情况，一般用于大信号放大电路；适宜于求解动态参数，一般用于小信号放大器分析.dvzfvkwMI119）反相、相同.20）饱和、太高；截止、太低；输入信号过大.21）NPN、硅.22）增加、增加、减小、不变、减小.23）反偏、高.2/15个人收集整理 仅供参考学习（24）通过空穴和自由电子两种载流子参与导电，只靠一种载流子（多子）参与导电 .25）为正为负或者为零；为正；>UGS(th).26）高、低、好、弱.27）自给式、分压式.28）UGS、ID、西门子（ms）.2.2选择题1．二极管加正向电压时，其正向电流是由 ( ).(A)多数载流子扩散形成 (B)多数载流子漂移形成(C)少数载流子漂移形成 (D)少数载流子扩散形成2．PN结反向偏置电压地数值增大，但小于击穿电压时， ( ).(A)其反向电流增大 (B)其反向电流减小(C)其反向电流基本不变 (D)其正向电流增大3．稳压二极管是利用 PN结地( ).单向导电性(B)反偏截止特性电容特性(D)反向击穿特性4．变容二极管在电路中使用时，其PN结应().(A)正偏(B)反偏答：1、A2、C3、D4、B2.3写出题图P2.2所示各电路地输出电压值.(设二极管均为理想二极管)解：（a）3V（b）0V（c）-3V（d）3V.2.4重复题2.3，设二极管均为恒压降模型，且导通电压Uon=0.7V.D+D+R++R3VRUO13VRUO23V3VUO3UO4--3V3V--（a）(b)(c)(d)题图P2.2解：（a）2.3V（b）0V（c）-2.3V（d）3V.2.5.题图P2.3中地二极管均为理想二极管，试判断其中二极管地工作状态(是导通还是截止)，并求出UO.rqyn14ZNXID1D1D+D2+D2+-1KΩU-1KΩUO2+1KΩUO35VO110V5V+----+5V8VU6V+-O+-+-(a)(b)(c)题图P2.3解：（a）导通、-5V（b）D1与D2均截止、-6V（c）D2导通、D1截止、5V.2.6电路如题图P2.4所示，已知i=5sinωt(V),，试画出uo地波形，并标出幅值，分别使u用二极管理想模型和恒压降模型(UD=0.7V).EmxvxOtOco3/15个人收集整理 仅供参考学习+D++R+uoD1D2Riiuo2V2V----(a)(b)i题图P2.4i5V5V0t0t-5V-5Vuouo5V4.3V0t0t解：(a)理想模型(a)恒压降模型i5Vi05Vt0t-5V-5Vuouo2V2.7V0t0t-2V-2.7V(b)理想模型(b)恒压降模型2.7电路如题图P2.5(a)所示，ui如图(b)所示，试画出uo波形.+ui100VuiD1D2D3D4+0tRuo--100V-(a)(b)题图P2.5uo100V0解：因为输入电压高，应采用理想模型，输出波形如右图 .2.8电路如题图 P2.6所示，分别用理想二极管和恒压降模型 (UD=0.7V)计算以下几种情况地UO值.SixE2yXPq5A=0V；B=0VA=0V；B=5VA=5V；B=5VA=1V；B=2V4/15个人收集整理 仅供参考学习+5V1KΩA UOD1BD2题图P2.6解：A、用理想模型1）0V（2）0（3）5V（4）1VB、用恒压降模型1）0.7V（2）0.7V（3）5V（4）1.7V.2.9电路如题图 P2.7所示，要求负载RL电压UL保持在12V，负载电流可在 10~40mA范围内变化.已知稳压二极管 UZ=12V、IZmin=5mA、IZmax=50mA，试确定R取值范围.6ewMyirQFL+R+Ui=16VDZRLUL--题图P2.7解：UR=UI-UL≈4V.在负载电流最小时，流过DZ电流为最大，此时应IRL≤60mA；在负载电流最大时，流过DZ电流为最小，此时应IRL≥45mA；所以44R，即0.060.04566.67R88.89.kavU42VRUs2.10发光二极管驱动电路如题图P2.8所示，已知发光二极管地正向导通压降UF=1.6V，工作电流为5~10mA.为使发光二极管正常工作，试确定限流电阻R地取值范围.y6v3ALoS89R5VD题图P2.8解：二极管工作电流ID5UF，故5UF5UF，即340R680.R0.010.0052.11试画出使用共阴极七段数码管显示字符“5”地电路连接图.+VCCR R R R RDP g f e d c ba答：电路如右， R为限流电阻.

GND2.12已知放大电路中一只 N沟道增强型 MOS场效应管三个极①、②、③地电位分别为3V、6V、9V，场效应管工作在恒流区 .试说明①、②、③与 g、s、d地对应关系.M2ub6vSTnP解：①为 s、②为g、③为d.5/15个人收集整理 仅供参考学习2.13一个结型场效应管地转移特性曲线如题图 P2.9所示.⑴试判断它是什么沟道地场效应管？UGS(off)、IDSS各为多少？答：（1）为N沟道.2）UGS(off)=-0.5V、IDSS=4mA2.14已知场效应管地输出特性曲线如题图 P2.10所示，试画出该管在恒流区 UDS=6V地转移特性曲线 .0YujCfmUCwiD/mAiD/mA48uGS=0.316024-0.212-0.40-0.60.50.40.30.20.1uGS/V024681012uDS/V题图P2.9题图P2.10解：其转移特性曲线如下图iD/mAiD/mA88uGS=0.uDS=6V661044-0.222-0.4-0.6-0-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.1uGS/V024681012uDS/V0.62.15判断题（1）下面给出几组三极管处于放大状态地各管脚地电位，试判断晶体管地类型及材料2.6V，2V，5V⑵－5V，－5.7V，－10V2.5V，2.3V，8V1V，0.3V，10V8V，7.3V，3V解：放大状态下NPN管E、B、C之间地电位关系是VC>VB>VE，且UBE≈0.7V是硅管、UBE≈0.2V是锗管；PNP管E、B、C之间地电位关系是VE>VB>VC，且UBE0.7V是硅管、UBE≈0.2V是锗管.eUts8ZQVRd故（1）分别为 B、E、C，且为NPN硅管.2）分别为E、B、C，且为PNP硅管.3）分别为B、E、C，且为NPN锗管.4）分别为B、E、C，且为NPN硅管.5）分别为E、B、C，且为PNP硅管.2）判断题图P2.11所示电路中地晶体管，分别处于什么工作状态或是否已损坏？6/15个人收集整理 仅供参考学习5V11.5V2.5V0V5V2V0V3V2.3V2V1.4V0V2.3V2V0V题图P2.11解：第一只为放大状态 .满足发射结正偏、集电结反偏 .第二只为截止状态 .因为发射结零偏置 .第三只为饱和状态 .因为发射结和集电结均正偏 .第四只为截止状态 .因为发射结反偏 .第五只为损坏 .因UBE=2V>>0.7V.3）判断题图P2.12所示电路对正弦信号是否有放大作用？如果没有放大作用，则说明原因并改正电路(设电容对交流视为短路).sQsAEJkW5T+VCC +VCCRcCRcCR+R1R2+TT+RLuo+RLuoui-uiVBB---(a(b))+VCC+VCCRcR2CCR1+R1+TT+RLuo+R2RLuoui-ui---(c(d))题图P2.12解：（a）不能放大，缺少基极正偏电阻，改正如下图（a）.（b）也不能放大，输入信号被VBB吸收而不能加到发射结上，改正如下图（b）.c）不能放大，缺少集电极回路电阻，改正如下图（c）.d）不能放大，缺少基极偏置电流，改正如下图（d）.7/15个人收集整理 仅供参考学习+VCC +VCCRbRcCRcCRT+R1T++RLuo+RLuoR2ui-uiVBB---(a(b))+VCC+VCCRcR2RCCCR2R1T+R1++RLuo+TRLuoui-ui---(c(d))（4）在题图P2.13所示电路中，用直流电压表测出UCE≈0，有可能是因为（）；若UCE≈12V，有可能是因为（）.GMsIasNXkARb开路②Rc开路③Rb短路④Rc短路⑤β过大⑥β过小答：②、①或④5）题图P2.14所示为放大电路地直流通路，晶体管均为硅管，判断各晶体管工作在哪个区(放大区、截止区、饱和区).TIrRGchYzg+12V+12V+12VRbRc51KΩ10KΩ100KΩ3KΩ330KΩ3KΩC2+C1+β=100β=100+TRLuo+2KΩ1KΩui20KΩ--(a)(b)题图P2.13题图P2.14解：（a）该放大晶体管中VCCIBQRB0.7(1)IBQRE，故IBQ≈55uA.设晶体管处于放大状态，则ICQIBQ5.46mA，UCEQ≈12-5.46×（10+2）=-53.52V，由此可见该晶体管集电结已经正偏，上述假设不成立，管子实际处于深度饱和状态.7EqZcWLZNX（b）UB122020.71002V，故ICQIEQ0.65mA，202UCEQ120.65(31)=9.4V，显然该晶体管发射结正偏、集电结反偏，工作在放大区.2.16综合练习题电路如题图P2.15(a)所示，设电容对交流均视为短路，UBEQ=0.7V，β=100，rbb'=200Ω.⑴估算该电路地UCEQ；⑵画出微变等效电路；⑶计算交流参数Au、Ri、Ro；若出现如图(b)8/15个人收集整理 仅供参考学习所示失真地输出波形，回答该失真波形是什么失真？应调整电路中哪个元件？如何调整？lzq7IGf02ERR+12VuicbC2510KΩ3KΩ0t++C1+TuoRs+RLuo1KΩ3KΩui+0tus---(a)(b)题图P2.15（1）IBQ120.722.16uA,ICQ2.22mA，UCEQVCCIBQRc5.35V510Rbcibrbeβib+sReRRcuo+bL-us-（2）（3）rbe200126mV1.383K2.22mAAuRC//RL108.5，RiRb//rbe1.383K，RoRc3K，失真属于饱和rbe失真，应增大 Rb.2.17电路如题图 P2.16所示，晶体管地 β=100，rbe=1KΩ.要使UCEQ=6V，Rb大约为多少？要使Au=-100，RL应为多少？zvpgeqJ1hk解：因UCEQVCCIBQRc6V，故ICQ2mA120.7，Rb565K；要使0.02RC//RL100，则RC//RL=1K，即RL1.5K.Aurbe2.18电路如题图 P2.17所示，晶体管为硅材料，其短路)NrpoJac3v1⑴求UCEQ、Au、Ri、Ro.⑵求电容Ce开路情况下地 Au、Ri、Ro.+12VRbRc3KΩC2++C1+TRsRs+RLuo1KΩ1KΩ++uiusus----

β=100，rbe=1KΩ.(设电容对交流视为Rc+VCC(+12V)Rb13KΩC230KΩ++C1+T+RLuRfoRb23KΩ100Ωui6.2KΩ+Re-1KΩCe-题图P2.16 题图P2.179/15个人收集整理 仅供参考学习解:①UB126.22V，故ICQI20.7，306.2EQ1.18mA10.2UCEQ121.18(10.13)=7.16V②AuRC//RL13.64，RiRb1//Rb1//rbe(1)Rf3.5K，rbe(1)RfRoRc3K.③若C开路，AuRC//RL1.34，RR3K，erbe(1)(RfRe)RiRb1//Rb1//rbe(1)(RfRe)4.91K.2.19在题图P2.18所示电路中，已知晶体管地β=200，UBE=0.7V，UCES=0.5V.⑴在下列情况下，用直流电压表测量晶体管地集电极电位，应分别是多少？①正常情况；②Rb1开路；③Rb1短路；④Rb2开路；⑤Rb2短路；⑥Rc开路；⑦Rc短路.⑵在对题图P2.18所示电路进行实验时有6个同学在实验中用直流电压表测出晶体管各极对地电位如题表 2.1所示，试分析各电路地直流工作状态是否合适，若不合适，试分析原因？1nowfTG4KI题表2.1组号12345VB/V02.20.702.3VE/V01.5000VC/V07.50.21212工作状态故障原因解：（1）①正常情况下 Vc=7.3V;②Vc≈12V；③Vc≈12V；④Vc≈3.4V；⑤Vc≈12V；⑥Vc≈0.87V；⑦Vc=12V.fjnFLDa5Zo（2）组号12345VB/V02.20.702.3VE/V01.5000VC/V07.50.21212工作状态截止放大饱和截止损坏故障原因电源未接通——Re短路Rb1开路晶体管开路损坏Rc+VCCRc+VCCRb1C2(+12V)RpC2(+12V)3KΩ100KΩ3KΩ43KΩ++Rb1++C1C110KΩ++T++TRsRsRLuoRLuo1KΩRb23KΩ1KΩR3KΩ+uRe+ui10KΩ+Cei10KΩRe+Ceus1KΩus----1KΩ--题图P2.18题图P2.1910/15个人收集整理 仅供参考学习2.20在题图P2.19所示电路中，已知晶体管地β=200，rbb'200，UBE=0.7V，UCES=0.5V.tfnNhnE6e5⑴求该电路地最大输出电压幅值uom，并估算RP阻值应调为多少？⑵计算该电路地Au、Ri、Ro；⑶在输出电压幅值uom最大地基础上，若分别调整RP到最大或最小时，输出波形将如何变化？对应地失真称为什么失真？HbmVN777sL解：（1）最大输出时有UCEQUCES=ICQRL又UCEQVCCICQRCRE即最大不失真输出时地VCCICQRCRE-UCES=ICQRLICQ=VCCUCES=2.09（mA）RL+RCREICQRL'故uom2.22V2根据分压公式求得RP≈23K（2）rbe20026mV12.7K2.09mARC//RL111AurbeRi Rb1//Rb1//rbe 2KRo Rc 3K3）RP变大会出现波形顶部限幅失真，称为截止失真；当RP变小会出现波形底部限幅失真，称为饱和失真.2.21电路如题图P2.20所示，晶体管β=100，rbe=1KΩ.⑴求UCEQ；⑵求出RL分别为∞和3KΩ时电路地Au、Ri、Ro.解：（1）因VCCIBQRbUBEIEQReIBQRbUBE1IBQRe，故VCCUBE，ICQIBQ，UCEQVCCIEQReVCCICQRe6.38VIBQ1ReRb(2)当RL=∞时，AuRe0.987，RiRb//rbe(1)Re150K，(1rbe)ReRoRe//rbeRb//Rs.1当RL=3K时，AuRe//RL0.984，rbe(1)Re//RLRiRb//rbe(1)Re//RL150K，RoRe//rbeRb//Rs.12.22电路如题图P2.21所示，晶体管β=100，rbe=1KΩ，UBE=0.7V，电容C1、C2、C3均11/15个人收集整理 仅供参考学习足够大.V7l4jRB8Hs⑴求UCEQ；⑵求Au1、Au2、Ri、Ro1、Ro2+VCC+VCC+12VRc+12VRbRbC22KΩ+300KΩ510KΩ+C1C1uo1+T+T-++C2C3+uiRe++uiRe++RLuouo2us3KΩ2KΩ-----RiRo2Ro1题图P2.20题图P2.21VCU解：（1）因VIRU1BQIeR，故IBQBE，ICQIBQ，CBQbBERb1ReUCEQVCCIEQ(ReRc)5.65V.（2）对于uo1输出端，是一个共射放大器.Au1Rc1，RiRb//rbe(1)Re145.2K，RoRc2K.rbe(1)Re对于对于uo2输出端，是一个共集放大器.AuRe)Re1，RiRb//rbe(1)Re145.2K，RoRe//rbe10.rbe(112.23某场效应管放大电路和转移特性如图P2.22（a）、（b）所示.已知gm=6ms，试估算UDSQ、Au、Ri、Ro.83lcPA59W9+VDDID/mA3Rd12V5.1KΩC2++2C1T++1ouiRgRs+u-2MΩ200ΩC3-0(a0.20.1UGS/V(b))题图P2.22解：IDQIDS(1SUGS/QU2，UGSQIR.由图b可知，式中IDSS3，GS)(off)DQsUGS(off)0.5，带入求解IDQ16.05mA(增根舍去)IDQ21.03mA，UDSQ=VDD－IDQ(Rd＋Rs)=6.54V.Au=－gmRd=－6×5.1=－30.6，Ri=Rg=2M，Ro=Rd=5.1K.二、设计项目项目1：埋设电缆断线检测仪设计一个能够对埋设在墙内或地板下地 220V电源线断线情况进行检测地装置， 使用直12/15个人收集整理 仅供参考学习流电源供电，利用发光二极管作为指示，当装置靠近电源线周围时发光二极管点亮，若墙内没有导线或已经断线时，检测发光二极管熄灭.根据上述要求，试设计出电路并确定基本元件参数，并阐明工作原理.mZkklkzaaP提示：该题目可使用场效应管、双极性三极管、发光二极管等元器件.带电地电缆产生地电场辐射可视为一个内阻非常高地低频(50HZ)信号源.电路设计思路是可用场效应管将埋设电缆是否断线产生地电场变化转换为电压地变化，经过晶体管放大，由发光二极管地亮暗反映出埋设电缆断线处.该项目地组成可参考框图P2.23.AVktR43bpw电场交流检测与显示检测放大驱动图P2.23埋设电缆断线检测仪框图解：参考电路场效应管等 T1构成探测放大器，栅极金属探针“ sensor”感应到地微弱市电信号经过其构成地共源放大器放大后，经过漏极电位器调整幅度后输出由C1、D1、D2、C2、R3等构成地二倍压整流电路变换为直流电压信号，当该电压高于T3、T2地发射结导通电压时，T3与T2达林顿管开始导通，集电极电流ID驱动D3发光二级管点亮，表明探针附近有高压电线；当电线断开或距离探针较远时，感应放大后输出地信号不足以使得T3、T2导通，LED指示灯熄灭，达到了断线检测地目地.ORjBnOwcEd项目2：触摸式防盗报警器设计一个触摸式防盗报警装置， 使用直流电源供电， 触摸感应器为一小金属片， 当有人触摸它一次时，蜂鸣器发声，持续发出报警信号，直到断开电源为止 .根据上述要求，试设计出电路并确定基本元件参数，并阐述工作原理.2MiJTy0dTT提示：该题目可使用场效应管、双极性三极管、可控硅等元器件.电路设计思路是可用场效应管将人体感应信号转换为电压地变化，经过晶体管放大，触发可控硅，再接通报警电路.该项目地组成可参考框图P2.24.gIiSpiue7A触摸信号检测触发电铃电极放大电路电路13/15个人收集整理 仅供参考学习图P2.24触摸式防盗报警器框图答：参考电路如下：图中T1等构成场效应管放大电路，调节电位器R3地参数使T2平时处于微导通状态，R4上地压降UR4很小，T3可控硅处于截止状态，蜂鸣器不发声报警.当人手触摸信号经过T1放大后输出给T2基极，使T2导通，UR4升高T3导通，蜂鸣器发声报警，直到断开电源VCC为止.电容C1为旁路电容、C2有减少误触发作用、C4为电源退耦电容.uEh0U1YfmhVCCR3直流T2C3蜂鸣器触摸板C4T1T3R1R2C1R4C2版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人