1、- 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 。当温度为 35时，该A10SIPN 结的反向饱和电流 大约为多大？SI（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原子提供的
2、，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 ，PN 结的反向饱和电流约增大 1 倍，因此温度为 35时，C10反向饱和电
3、流为 A402153SI（5）二极管在 Q 点处的直流电阻为 DIUR交流电阻为 TdIiur式中 为二极管两端的直流电压， ， 为二极管上流过的直流电流， 为温DUonDUTU度的电压当量，常温下 ，可见 。mV26TUdRr1-2 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
4、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- 2 -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。（ c ）（ a ）D24 V6 VD1D1 2 VUO6 V（ b ）（ d ）D1D27 V4 V 6 V题 1 - 2 图D2D15 V6 V2 k 2 k 9 V2 k 2 k 3 k 5 k UOUOUO（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。V12OU（b）断开二极管 D1、D 2，D 1、D 2 为共阴极接法，其阴极电位均为 6V，而 D1 的阳极电
5、位为 9V，D 2 的阳极电位为 5V，故 D1 优先导通，将 D2 的阴极电位钳制在 7.5V，D 2 因反向偏置而截止。输出电压 。V5.7OU（c）D 1、D 2 为共阴极接法，同理可得 D1 导通，D 2 截止。输出电压 。V6OU（d）D 1、D 2 为共阳极接法，阴极电位低的管子将优先导通，故 D2 导通，D 1 截止。输出电压 。V4OU1-3 二极管组成的电路及其相应输入电压波形如题 1-3 图所示。已知 、 的导12通电压为 0.3V，试分别画出它们的输出电压波形，并用 Multisim 软件进行仿真验证。tD1uIuOR2 VuI/ V05- 52 VD2（ a ）（ b
6、）题 1 - 3 图D1- 5 VRD2tOtOuI 1/ V3 V3 VuI 1uI 2uOuI 2/ V解 Multisim 软件仿真验证略。- 3 -（a）本题电路中有动态电压输入，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：tuI/ V05- 5tuO/ V02 . 3- 2 . 3（b）D 1、D 2 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：tOtO33tO2 . 7uI 1/ VuI 2/ VuO/ V- 0 . 31-4 电路如题 1-4 图所示
7、。设稳压管 DZ1 和 DZ2 的稳定电压分别为 5V 和 10V，正向压降均为 0.7V，试求各电路的输出电压。2 5V1 k ( a )( c )1 k ( b )2 5V( d )1 k 2 5V2 5V1 k 题 1 - 4 图DZ 1DZ 2UODZ 1DZ 2DZ 1DZ 2DZ 1DZ 2UOUOUO解图（a）中两只稳压管相串联，D Z1、D Z2 均工作在反向击穿状态，故。15V0Ou图（b）中两只稳压管相串联，D Z1、D Z2 均为正向导通，故 。1.4V0.7.Ou- 4 -图（c）中两只稳压管相并联，D Z1 首先被反向击穿，将输出电压钳位在 ，于V5Ou是 DZ2 反
8、向截止。图（d）中两只稳压管相并联，D Z1 正向导通，D Z2 反向截止，故 。7.01-5 有两个三极管，一个管子的 ， ；另一个管子的 ，150A20CEOI 5，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？A0CEOI解应选第二只。因为虽然第二只的 较小，但它的 比第一只小得多，而 对温度CEOI CEOI非常敏感，会随着温度的增加而迅速增加，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
9、图1 m A2 0 A4 0 A1 . 6 4 m A3 0 A1 . 5 m A( a )( c )( b )解由于两个电极上的电流数值相差很大，显然其中的小电流为基极电流，大电流为集电极电流或发射极电流。图（a）中 20A 的小电流（基极电流）流入管子，因此可判定该管为 NPN 型管，而1mA 电流仍为流入，可判定为集电极电流。图（b）中 40A 的小电流（基极电流）流入管子，可判定该管为 NPN 型管，而1.64mA 电流流入，可判定为发射极电流。图（c）中 30A 的小电流（基极电流）流出管子，可判定该管为 PNP 型管，而1.5mA 仍为流出，可判定为集电极电流。电路符号和电流标注如
10、下图所示： m1A202.A40m64.1.A30m5.13.（ a ） （ b ）（ c ）图（a）的电流放大系数 50A2m1BCI图（b）的电流放大系数- 5 -41A0m6.BCI图（c）的电流放大系数 53.I1-7 测得放大状态下三极管各个电极的对地静态电位如题 1-7 图所示，试判断各三极管的类型（NPN 型、PNP 型、硅管、锗管） ，并注明电极 e、b、c 的位置。2 . 7 V（ c ）5 V2 V4 . 3 V2 V5 V（ a ） （ b ）题 1 - 7 图- 5 V- 1 V- 1 . 3 V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，
11、故对于 NPN 型管，三个电极电位的关系是 UCU BU E，PNP 型管则是 UEU BU C。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 型管；电位最低，为 PNP 型管。（a）NPN 型，硅管，左起 e、b、c；（b）PNP 型，硅管，左起 c、b、e；（c）PNP 型，锗管，左起 c、e、b。1-8 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流值。设 ， ， 。V7.0BEUV3.0satCE）（
12、 50RCRB+ 1 5 VICIB题 1 - 8 图IR2 1 0 k 1 0 k + 1 2 V（ b ）RB1 0 0 k RC2 k RE1 0 0 （ a ）ICIB解 NPN 型工作区域的判断方法：首先判断管子是否导通，当 大于 时，管子导通；BEUon当 小于 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BEUon区，此时有两种方法可供选择：一是根据 和 的大小进行判断。当 （CEUBCEB ）时，管子工作在放大区；当 （ ）时，管子工作在饱和区。C CB二是根据 和 的大小进行判断。若 ，管子工作在放大区；若 ，管子BISISIS工作在饱和区。这里采用第二种
13、方法进行判断。- 6 -图（a）电路中，三极管导通，根据 KVL 可求得实际的基极电流为 mA108.5107.2)(EBCRUI而临界饱和基极电流为 .)2(.)(CSSI，说明三极管处于临界饱和（临界放大）状态，集电极电流为BSIA4.5108.BI图（b）电路中，三极管导通，假设三极管工作在放大区，则 ，故BCIBCRIII）（ 据 KVL 有 EBEC115 URUI ）（ A20m.0527.CB ）（ 而临界饱和基极电流为 8.115ESSRI）（ ，假设成立，三极管工作在放大区，集电极电流为BIS mA02.5BCI1-9 题 1-9 图电路中，已知 ， ， 。当输入 时，VU7
14、E10V5Iu输出 ，三极管饱和，试计算 的最大值。V3.0Ou/RRCRBiCuI+ UC CuO题 1 - 9 图iB解 根据题意，当输入 时，输出 ，三极管工作在饱和区，故有 。V5IuV3.0Ou BCI由图可知，此时的基极电流和集电极电流分别为 BBEI .475RRUCCO.30u代入 ，得BCI BC3.4107.R- 7 -5.917.430CBR1-10 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。- 5 V- 4 V- 1 V3 V2 V2 V题 1 - 1 0 图（ b ）（ a ）UG S （ o f f ）= - 2 VUG S （ t
15、 h ）= - 2 V解 图（a）中为耗尽型 NMOS 管，U GS0V ，U DS1V。由于 ，管子导通；）（ ofGSU又因 ，故可判断管子工作在可变电阻区。）（ ofGSDSU图（b）中为增强型 PMOS 管， UGS3V，U DS4V 。由于 ，管子导）（ thGS通；又因 ，故可判断管子工作在恒流区。）（ thGSDS1-11 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。解 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 NP
16、N 管，其中上端为集电极，中端为基极，下端为发射极。图（d）能，等效管的类型为 PNP 管，其中上端为发射极，中端为基极，下端为集电极。 1-12 单项选择： 解（1）PN 结外加反向电压时，空间电荷区将（ B ） ；A、变窄 B、变宽 C、基本不变（2）题 1-12 图 a 电路中，u A3sint（V ） ， ，则输出 （ A ） ；3BuYuA、 B、 C、 B（3）题 1-12 图 b 电路中，稳压管 DZ 的稳定电压 UZ8V，最小稳定电流（a） （b） （c） （d）题 1-11 图- 8 -IZmin5mA ，最大稳定电流 IZmax20mA，当 时稳压管 DZ 将（ C ） ；V40IuA、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 ， ， ，3BU8.7V7.2EU可以判断该三极管工作在（ A ）状态；A、放大 B、饱和 C、截止（5）欲使题 1-12 图 c 电路中的三极管工作在放大状态， 应调至（ B ） ；RA、 B、 C、k0k30（6） 时，不能工作在恒流区的场效应管是（ C ） ；GSuA、N 沟道耗尽型 B、P 沟道耗尽型 C、P 沟道增强型（a） （b） （c）题 1-12 图CRBk3501kO1kORDZuI uORL
