半导体二极管极其电路.doc

1、第一章 半导体二极管极其电路1、 什么是本征半导体？什么是杂质半导体（N 型、P 型）？本 征 半 导 体 是 非 常 纯 净 的 半 导 体 晶 体 ， 而 在 单 晶 半 导 体 内 ， 原 子 按 晶 体 结 构 排 列 得 非 常 整齐 。 杂 质 半 导 体 ： 掺 入 微 量 元 素 的 本 征 半 导 体 ， 例 ： N 型 掺 入 五 价 元 素 磷 ， P 型 掺 入 三 价 元素 硼 。2、在半导体中有几种载流子？半导体的导电方式与金属的导电方式有什么不同？答 ： 在 半 导 体 中 有 两 种 载 流 子 ， 电 子 和 空 穴 。 而 金 属 导 体 中 只 有 自 由

2、 电 子 参 与 导 电 。3、如何理解电子-空穴对的产生和复合？电 子 空 穴 对 的 产 生 与 复 合 是 由 于 自 由 电 子 的 移 动 ， 空 穴 并 不 是 真 正 存 在 的 粒 子 ， 电 子 填 充 空 穴位 置 即 复 合 。 电 子 离 开 空 穴 即 产 生 。4、在 PN 结中什么是扩散电流？什么是漂移电流？答 ： PN 结 两 侧 的 P 型 半 导 体 、 N 型 半 导 体 掺 入 的 杂 质 元 素 不 同 ， 其 载 流 子 浓 度 也 不 相 同 。由 于 存 在 载 流 子 浓 度 的 差 异 ， 载 流 子 会 从 浓 度 高 的 区 域 向 浓

3、度 低 的 区 域 运 动 ， 通 常 把 这 种 运 动 称为 扩 散 运 动 ， 把 扩 散 运 动 产 生 的 电 流 称 为 扩 散 电 流 。在 内 电 场 的 作 用 下 ， N 区 的 少 数 载 流 子 （ 空 穴 ） 会 向 P 区 做 定 向 运 动 ， 同 样 P 区 的 少 数 载流 子 （ 自 由 电 子 ） 会 向 N 区 做 定 向 运 动 ， 这 种 运 动 称 为 漂 移 运 动 ， 由 漂 移 运 动 产 生 的 电 流称 为 漂 移 电 流 。5、说明扩散运动、漂移运动对空间电荷区（耗尽层）的影响。答 ： 扩 散 运 动 会 使 空 间 电 荷 区 变 宽

4、 、 内 电 场 加 大 ； 内 电 场 的 产 生 和 加 强 又 阻 止 了 多 子 的 扩 散 ，有 助 于 少 子 的 漂 移 ， 结 果 使 空 间 电 荷 区 变 窄 ， 削 弱 了 内 电 场 ， 如 此 反 复 ， 在 P 区 和 N 区 之 间 ，多 子 的 扩 散 和 少 子 的 漂 移 会 形 成 动 态 平 衡 ， 扩 散 电 流 等 于 漂 移 电 流 ， 总 电 流 等 于 零 ， 空 间 电 荷 区宽 度 一 定 ， 内 电 场 强 度 一 定 ， PN 结 呈 电 中 性 。6、写出 PN 结的伏安特性表达式并绘出响应的曲线。答 ： PN 结 的 伏 安 特 性

5、 可 用 下 式 描 述 ： )1e(TD/snVvIi7、 解释雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿形成的原因，并说明热击穿与电击穿的异同。雪 崩 击 穿 ： 当 加 在 PN 结 两 端 反 向 电 压 足 够 大 时 PN 结 内 的 自 由 电 子 数 量 激 增 导 致 反 向 电 流 迅 速增 大 ， 导 致 击 穿 。齐 纳 击 穿 ： 在 PN 结 两 端 加 入 高 浓 度 的 杂 质 ， 在 不 太 高 的 反 向 电 压 作 用 下 同 样 会 使 反 向 电 流 迅 迅 增 大 产 生 击 穿热 击 穿 ： 加 在 PN 结 两 端 的 电 压 和 流 过 PN 结 电 流 的

6、乘 积 大 于 PN 结 允 许 的 耗 散 功 率 ， PN 结 会因 为 热 量 散 发 不 出 去 而 被 烧 毁不 同 ： 电 击 穿 可 逆 ， 热 击 穿 不 可 逆 ， 需 要 避 免8、PN 结中的势垒电容、扩散电容是如何形成的？势 垒 电 容 ： 是 由 空 间 电 荷 区 产 生 的 ， 在 空 间 电 荷 区 中 缺 少 载 流 子 、 只 有 不 能 移 动 的 正 、 负 离 子 。且 当 外 加 电 压 发 生 变 化 ， 空 间 电 荷 区 电 荷 量 发 生 变 化 呈 现 电 容 效 应 。扩 散 电 容 ： 在 PN 结 正 偏 时 ， N 区 电 子 向

7、P 区 扩 散 ， 靠 近 结 边 缘 的 浓 度 大 ， 远 离 结 边 缘 的 浓 度 小 ， 产生 电 容 效 应 。 9、为什么 PN 结具有单向导电性？答 ： PN 结 两 端 加 入 正 向 电 压 时 ， 外 场 强 的 方 向 和 内 场 强 的 方 向 相 反 。 在 外 场 强 的 作 用 下 ，空 间 电 荷 区 变 窄 ， 使 扩 散 运 动 大 于 漂 移 运 动 ， 从 而 产 生 较 大 的 正 向 扩 散 电 流 （ 一 般 为 几 毫 安 ） ，此 时 称 PN 结 处 于 导 通 状 态 。PN 结 两 端 加 入 反 向 电 压 时 ， 外 场 强 的 方

8、 向 和 内 场 强 的 方 向 相 同 。 在 外 场 强 的 作 用 下 ， 空间 电 荷 区 变 宽 ， 阻 止 了 扩 散 运 动 ， 扩 散 电 流 接 近 于 零 ， PN 结 只 存 在 由 少 数 载 流 子 形 成 的 微小 的 漂 移 电 流 。 又 称 为 反 向 饱 和 电 流 （ 典 型 值 范 围 为 10-14 10-8A） ， 此 时 称 PN 结 处 于 截止 状 态 。所 以 PN 结 具 有 单 向 导 电 性 。10、根据二极管的伏安特性曲线，解释二极管在 3 个区段（截止区、导通区、击穿区）的工作情况。答 ： 二 极 管 的 伏 安 （ VI） 特 性

9、 分 为 3 个 区 间 ： 段 为 正 向 导 通 区 ； 段 为 反 向 截 止 区 ； 段 为 反 向 击 穿 区 。1 正 向 特 性在 二 极 管 正 向 偏 置 且 电 压 比 较 小 时 ， 外 加 电 压 不 足 以 克 服 PN 结 的 内 电 场 ， 二 极 管 的 电 流 约等 于 零 ， 二 极 管 等 同 于 一 个 大 的 电 阻 ； 当 正 向 电 压 大 于 门 坎 电 压 时 ， 二 极 管 等 同 于 一 个 小 的 电 阻 ，因 而 电 流 迅 速 加 大 ， 二 极 管 开 始 导 通 。2 反 向 特 性在 二 极 管 反 向 偏 置 时 ， 在 内

10、电 场 和 外 加 电 压 的 共 同 作 用 下 ， 很 容 易 通 过 空 间 电 荷 区 形 成 反 向饱 和 电 流 ， 此 时 ， 扩 散 电 流 约 为 零 。 由 于 反 向 饱 和 电 流 是 由 少 数 载 流 子 漂 移 形 成 的 ， 它 的 数 值一 般 比 较 小 。3 击 穿 特 性当 二 极 管 处 于 反 向 偏 置 状 态 ， 且 反 向 电 压 大 于 击 穿 电 压 VBR时 ， 二 极 管 电 流 迅 速 增 加 ， 这种 击 穿 称 为 反 向 击 穿 。11、简述二极管基本电路及其分析方法。答 ： 1 指 数 模 型 ： )1(/DsTVveIi2

11、理 想 模 型 ： 当 外 加 电 压 大 于 时 ， 二 极 管 导 通 ， 电 阻 为 0； 当 外 加 电 压 小 于 0V 时 ，二 极 管 截 止 ， 电 阻 无 穷 大 。 此 模 型 适 用 于 外 加 电 压 远 远 大 于 二 极 管 的 管 压 降 情 况 。3 恒 压 降 模 型 ： 当 二 极 管 导 通 时 ， 认 为 管 压 降 是 一 个 恒 定 的 值 ， 对 于 硅 管 典 型 值 是0.7V。 此 模 型 适 用 于 二 极 管 中 的 电 流 大 于 等 于 1mA 的 情 况 。二 极 管 理 想 模 型 二 极 管 恒 压 降 模 型4 折 线 模 型

12、 ： 较 真 实 地 描 述 了 二 极 管 的 伏 安 特 性 ， 用 理 想 二 极 管 、 一 个 门 槛 电 压 为Vth（ 硅 管 约 为 0.5V） 的 电 池 和 一 个 电 阻 rD（ 约 200 欧 ） 的 串 联 来 等 效 。5 小 信 号 模 型 ： 在 直 流 工 作 电 压 的 基 础 上 ， 求 出 Q 点 附 近 的 二 极 管 的 等 效 电 阻 。QIrDdmV26二 极 管 折 线 模 型 二 极 管 小 信 号 模 型12、二极管的四种简化模型时什么？使用小信号模型的条件是什么？理 想 模 型 、 折 线 模 型 、 恒 压 降 模 型 、 小 信 号

13、模 型 。 使 用 小 信 号 模 型 时 ， 输 入 信 号 的 幅 值 一 定要 小 。13、分析题图 1-1 中各二极管的工作状态（导通或截止） ，并求出输出电压，设二极管是理想的。题 图 1-1（ a） 导 通 ， V； （ b） 截 止 ， V； （ c） 导 通 ， V；15ov35ov31ov（ d） 截 止 ， V； （ e） 导 通 ， V； （ f） 截 止 ， V；204662.514、分析题图 1-2 中各二极管的工作状态（导通或截止） ，并求出输出电压的值。题 图 1-2（ a） D（ 左 ） 截 止 ， D（ 右 ） 导 通 ， V； （ b） D（ 左 ） 导 通

14、 ， D（ 右 ） 截 止 ， V；12ov20ov15、电路如题图 1-3（a）所示，输入电压如题图 1-3（b）所示，在 0 t 5ms 的时间周期内，画出输出电压的波形。用恒压降模型，管压降为 0.7V。题 图 1-3vi/ Vt / m s0 1 . 6 52 . 3 64516、5 V17、电路如题图 1-5 所示，当 vi1、vi2、vi3 分别输入 0V 或 5V 电压时，求输出电压 vo 的值，用表格的形式给出，如题表 1-1 所示。 （利用二极管的理想模型）题图 1-5题 表 1-1 vi1 vi2 vi3 vo 0 0 0 0 0 0 5 5 0 5 0 5 0 5 5 5

15、 5 0 0 5 5 0 5 5 5 5 0 5 5 5 5 5 18、稳 压 二 极 管 是 根 据 齐 纳 击 穿 效 应 制 成 的 二 极 管 ， 流 过 其 的 电 流 变 化 很 大 ， 但 是 稳 压 管 两 端 电 压 变化 却 很 小 。注 意 事 项 ：1 工 作 在 反 向 击 穿 区 ; 2 合 理 控 制 稳 压 管 反 向 工 作 电 流 ;3 稳 压 管 要 和 负 载 并 联 .19、发 光 二 极 管 将 电 能 转 换 成 光 能 。20、5 V 1 0 V5 V注 ： 为示意图 ， 没做精确计算21、+ 5 Vabcdefg+ 5 V + 5 V22、 在 正 半 周 时 A、 B 同 向 ， 负 半 周 时 反 向 。 因 为 该 电 路 是 整 流 电 路 。23、 理 论 值 ： 12/(1+0.5) 0.5 =4V 实 际 测 量 值 会 小 一 些 ：二 极 管 会 有 一 定 的 电 阻 ， 二 极 管 左 端 的 电 压 会 比 4V 高 一 些 （ 4.22V） ；二 极 管 会 有 0.7V 的 电 压 降 ， 二 极 管 的 右 端 会 比 4V 低 一 些 （ 3.54V）