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

1、第二章半导体二极管及其基本电路2-1。填空(1)在本征半导体中掺杂n型半导体；p型半导体掺杂在本征半导体中。(2)当温度上升时，二极管的反向饱和电流将。(3)PN结的结电容包括和。(4)晶体管的三个工作区域是、和。在放大电路中，晶体管通常在某些区域工作。(5)当结型场效应晶体管在恒流区工作时，其栅极和源极之间的外加电压应为。(正偏置，反偏置)答：(1)五价元素；三价元素；(2)增加；(3)势垒电容和扩散电容；(4)放大区、截止区和饱和区；放大区域；(5)反偏见。2-2。判断下列陈述是否正确。(1)在本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。()(2)磷型半导体带正电荷，氮型半导体带负电荷。

2、()(3)结型场效应晶体管施加的栅源电压应使栅源之间的耗尽层承受反向电压，以保证大的栅源比。()(4)只要在稳压管两端施加反向电压，就能达到稳压效果。()(5)当晶体管工作在饱和状态时，没有电流流过发射极。()(6)如果在氮型半导体中掺杂足够量的三价元素，它可以被修饰成磷型半导体。()(7)当没有照明或施加电压时，结电流为零。()(8)如果耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管的UGS大于零，其输入电阻将明显减小。()回答：(1)是；当温度升高时，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体，电子和空穴的数量总是相等的。(2)错误；当没有形成PN结时，p型半导体或n型半导体处于电中性状态。(3)权利；结型

3、场效应晶体管的栅极和源极之间没有绝缘层，因此施加的栅源电压应使栅极和源极之间的耗尽层承受反向电压，以确保大的栅极-源极电阻。(4)错误；要进入稳压工作状态，加在稳压管两端的反向电压必须达到稳压值。(5)错误；当晶体管工作在饱和状态和放大状态时，电流流过发射极，但只有当晶体管关断时，电流才流动。(6)权利；通过在氮型半导体中掺杂足够量的三价元素，不仅可以复合原来掺杂的五价元素，而且空穴可以成为多数载流子，从而形成磷型半导体。(7)是；当没有光和没有施加电压时，PN结处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。(8)错误。由于栅极和源极之间以及栅极和漏极之间的二氧化硅绝缘层，绝缘栅场效应晶体管的栅极

4、和源极之间的电阻非常大。因此，耗尽型n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的UGS大于零，并且有一个绝缘层，所以输入电阻不受影响。2-3。为什么我们在使用二极管时要特别注意不要超过最大整流电流和最大反向工作电压？答：当正向电流超过最大整流电流时，二极管的结温会过高，性能会变差，甚至会烧坏二极管；当反向工作电压超过最大反向工作电压时，就会发生击穿。2-4。当DC电源电压波动或外部负载电阻R1变化时，稳压管稳压电路的输出电压能否保持稳定？如果它可以稳定，它是绝对的吗？答：它可以是稳定的，但不是绝对的。如果超过一定范围，它就不再稳定。2-5。既然三极管有两个PN结，可以把两个二极管连接起来组成一个三极管

5、，并说明原因。答：不是。因为三极管的两个PN结是相互关联的。2-6。三极管的电流放大系数和是如何定义的？我们能从共发射极的输出特性曲线中得到吗？这些值在整个输出特性中是否一致？A: :共基极电流放大系数；:共发射极电流放大系数；根据的定义，它可以在共发射极的输出特性曲线上找到。值在整个输出特性曲线上是不均匀和不一致的，只有在放大区才是一致的答：不是，因为三极管的两个PN结不对称。2-8。如何用万用表判断二极管的正负极性及其质量？答：二极管两端的电阻可以用万用表的电阻档来测量。阻力在正向非常小，在反向非常大。2-9。与双极晶体管相比，场效应晶体管有什么特点？答：1)场效应管是一种压控器件，栅极基

6、本不带电流，输入电阻高；2)场效应晶体管是多导的，晶体管的两个载流子都参与传导，所以场效应晶体管受温度和辐射的影响较小；3)场效应晶体管的噪声系数很小；4)场效应晶体管的源极和漏极可以互换使用，而晶体管的集电极和发射极在正常情况下不能互换使用；5)场效应晶体管的种类比晶体管多，所以使用起来更灵活；6)场效应管集成过程更简单，功耗更低，工作电源电压范围更宽。2-10。二极管电路如图2-10所示。试着判断图中的二极管是开还是关。输出电压是多少？主体可以通过二极管端电压的极性来判断其工作状态。一般的方法是关闭二极管，用它的两极作为端口，用达文南定理求解端口电压。如果电压正向偏置，它将被打开，如果反向

7、偏置，它将被关闭。图(a)断开二极管，从二极管的两个电极端口往外看。如问题2-1的图(A)所示，甲和乙之间的电压为12-6=6V，二极管正向偏置并导通。图(b)断开二极管，从二极管的两个电极端口往外看。如问题2-1的图(B)所示，甲和乙之间的电压为3-2=1V，二极管正向偏置并导通。(3)当有两个二极管时，用上述方法分别判断每个管的状态。如问题2-1的图(c)所示，上二极管D1首先关断，下二极管D2关断，因此D1两端的电压正向偏置。然后关闭下二极管D2。如问题2-1的图(d)所示，D1两端的电压正偏，D2两端的电压负偏。总而言之，D1是开着的，D2是关着的。(d)根据以前的分析方法，可以知道D

8、1和D3关闭，D2和D4打开。2-11。电路如图2-11所示。调压器的稳定电压UZ为8V。让输入信号为峰值为15V的三角波，并尝试绘制输出uo波形。解决方案：如图所示。在三角波的正半周，当电压幅值小于稳压管的稳压值时，稳压管被切断，当电压幅值等于或大于稳压值时，稳压管反向击穿，输出电压即为稳压管的稳压值。在三角波的负半周期间，稳压器正向导通，假设正向电阻为0，输出电压为零。2-12。如图2-12所示，电路中的两个稳压管是相同的，UZ=8V，并试着画出输出uo的波形。解决方案：如图所示。在三角波的正半周，当电压幅值小于稳压管的稳压值时，下一个稳压管被切断，当电压幅值等于或大于稳压值时，稳压管反向

9、击穿，输出电压为稳压管的稳压值；当三角波为负半个周期时，上述稳压管中的一个被切断。当等于或大于稳压值时，稳压管反向击穿，输出电压即为稳压管的稳压值。2-13。放大电路中三个晶体管的三个电极的测量DC电位如图2-13所示。试着判断它们的管子类型(氮磷、磷磷)、引脚和材料(硅或锗)。解答：本题考查的是是否掌握通过实验判断管子形状和管脚的方法。在实验室中，晶体管的类型、材料和工作状态通常是通过测试电路中晶体管各引脚的电位来判断的。当NPN和PNP晶体管工作在放大状态时，电位满足以下关系：硅的UBE电压约为0.7V(1)当输入电压为零时，二极管的电流和电压是多少？(2)流经二极管的交流电流的有效值是多

10、少？解决方法：在分析这类电路时，首先要分析静态电流和电压，即静态工作点Q，然后计算Q下的动态电阻，再分析动态信号的影响。(1)用图解法可以方便地计算二极管的Q点。当动态信号为零时，二极管导通，电阻R中的电流等于二极管电流。因此，二极管的端电压可以写成，在二极管的伏安特性坐标系中画一条直线，与伏安特性曲线的交点为Q点，如图所示。读出Q点的坐标值，即二极管的DC电流和电压，约为(2)根据二极管动态电阻的定义，Q点小信号条件下的动态电阻为根据已知条件，二极管上交流电压的有效值为10mV，因此流经二极管的交流电流的有效值为2-15。放大电路中五个场效应晶体管的三个电极的测量电位如表所示，阈值电压也如表

11、所示。试着分析什么是场效应晶体管，并在表格中填入它们的工作状态。问题表2-15序列号UGS(th)/UGS(关闭)美国/越南通用/虚拟UD/V管式工作状态交叉点T1313-10T2路口-33-110金属氧化物半导体T3-450-5莫斯T44-23-1.2MOS T5-30010解决方案：这个问题检验了管的类型和工作状态是否可以通过场效应晶体管每极的电势来判断。T1管是UGS(关)=3V0的结型场效应管，因此它是一个P沟道管。因为UGUD=13VUGS(关)，电子管在恒定电流区工作。T2管是一个结型场效应管，UGS(关)=-3V 0，所以它是一个N沟道管，UGS=UGUS=-4VUGS(关)，所

12、以管被切断。T3是金属氧化物半导体晶体管。因为UGS(th)=-4V0和UDS=UDUS=-10v0，它是一个P沟道增强型金属氧化物半导体晶体管。因为UGS=UGUS=-5V UGS (TH)=-4V，所以它在恒定电流区域工作。T4管是一个金属氧化物半导体管，它是一个N沟道增强型金属氧化物半导体管，因为UGS(th)=4V0，而UDS=UDUS=0.8v0，并在可变电阻区工作，因为UGD=UGUD=4.2V UGS (TH)。T5是一个金属氧化物半导体管。因为UGS(关)=-3V 0和UDS=UDUS=10v0，它是一个N沟道耗尽型金属氧化物半导体管。因为UGD=UGUD=-10V UGS(关

13、)，它在恒定电流区域工作。将以上分析结果填入表格，并获得序列号UGS(第三)/UGS(关闭)美国/越南通用/虚拟UD/V管式工作状态交叉点T1313-10p通道恒流区T2路口-33-110频道定点金属氧化物半导体T3-450-5p通道增强类型恒流区莫斯T44-23-1.2n通道增强可变电阻区MOS T5-30010沟道耗尽型恒流区2-16。测量一个晶体管的电流IE=2mA，IB=50A，ICBO=1A，试着找出，和ICEO。解决方案：同时2-17。放大电路中双极晶体管三个电极的电流如图2-17所示。已经测量过了。试着分析甲、乙和丙中哪一个是基极或发射极？这个管子有多大？图2-17解决方案：正因

14、为如此，甲是集电极，乙是基极，丙是发射极。2-18。结型场效应晶体管的传输特性曲线如图2-18所示。试着问一下：(1)它是n沟道还是p沟道fet？(2)它的夹断电压UGS(关)和饱和漏电流是多少？图2-18解决方案：这是一个N沟道结场效应晶体管。如图所示，夹断电压UGS(关)=-4V，饱和漏电流=3mA。2-19.1金属氧化物半导体场效应晶体管的传输特性如图2-19所示(其中漏电流的方向是它的实际方向)，我想问一下：(1)它是耗尽了还是增强了？(2)它是氮通道还是磷通道？(3)从传递特性曲线中可以得到哪些参数？它的价值是什么？图2-19解决方案：这是一个P沟道增强型金属氧化物半导体管，可以获得UGS(th)UGS(第)=-4V2-20电路如图2-20所示，管t的输出特性曲线如图所示，rd=5k，尝试分析uO在输入uI为0、8、10V三种情况下的特性。解决方案：(1)当uI=0，即uGS=0时，管道处于夹断状态，因此如果iD=0，uO=uDS=VDD- iDRD=15V。(2)当uI=8V，即uGS=8V时，从输出特性可以看出，管道工作在恒流区，iD=1mA，则uO=uDS=VDD- iDRD=15-5=10V(3)当uI=10V