1、0模拟电子线路教、学指导与习题详解杨 凌1第 1 章 常用半导体器件1.1 教 学 要 求1.1.1 半导体物理基础知识1、熟悉本征半导体、杂质半导体、施主杂质、受主杂质、多子、少子、漂移、扩散的概念；2、熟悉 PN 结的形成机理和基本特性单向导电性、击穿特性、电容效应。1.1.2 晶体二极管1、了解二极管的结构、分类、符号、主要参数；2、熟悉二极管的几种模型表示数学模型、曲线模型、简化电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；3、熟悉二极管电路的三种分析方法图解法、简化分析法、小信号分析法。能熟练运用简化分析法分析各种功能电路；4、了解几种特殊二极管的性能。1.1.3 晶体三极管1、了解三极管
2、的结构、分类、符号、熟悉其主要参数及温度对参数的影响；2、掌握三极管在放大状态下的电流分配关系；3、熟悉三极管处在放大、饱和、截止三种工作状态下的条件及特点；4、熟悉三极管的几种模型表示数学模型、共射曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；5、熟悉三极管放大电路的三种分析方法图解法、估算法、小信号等效电路分析法。能熟练运用估算法判断三极管的工作状态。1.1.4 场效应管1、了解场效应管的工作原理，理解场效应管中预夹断的概念；2、熟悉场效应管的几种模型表示数学模型、曲线模型、直流简化电路模型、小信号电路模型，掌握各种模型的特点及应用场合；3、熟悉放大状态下几种场
3、效应管的外部工作条件；4、熟悉场效应管与三极管之间的异同点；1.2 基本概念和内容要点1.1.1 半导体物理基础知识半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其导电能力随温度、光照或所掺杂质的不同而显著变化，特别是掺杂可以改变半导体的导电能力和导电类型，因而半导体广泛应用于各种器件及集成电路的制造。1、本征半导体2（1）高度提纯、几乎不含任何杂质的半导体称为本征半导体。硅（Si）和锗（Ge）是常用的半导体材料，均属四价元素，原子序号分别为 14和 32，它们的原子最外层均有四个价电子，与相邻四个原子的价电子组成共价键。制造半导体器件的硅和锗材料被加工成单晶结构。图 1.1（a） 、 （b）分别是硅
4、、锗原子的简化模型和它们的晶体结构平面示意图。图 1.1（2）本征激发共价键中的价电子受激发获得能量并摆脱共价键的束缚而成为“自由电子” （简称电子） ，并在原共价键的位置上留下一个“空位” （称空穴） ，这一过程称为本征激发。热、光、电磁辐射等均可导致本征激发，但热激发是半导体材料中产生本征激发的主要因素。本征激发产生成对的电子和空穴。（3）复合电子被共价键俘获，造成电子空穴对消失，这一现象称为复合。 （4）载流子电子和空穴均是能够自由移动的带电粒子，称为载流子。可见，半导体中存在两种类型的载流子。（5）热平衡载流子浓度当温度一定时，半导体中本征激发和复合在某一热平衡载流子浓度值上达到动态平
5、衡。该浓度值为：式中：k（玻尔兹曼常数）= 8.6310 5 eV /Kni =pi=AT3/2eE g0/2kT （1 1）3.881016cm3 K3/2 （S i）1.761016cm3 K3/2 （G e）A =1.21eV （S i）0.785eV（G e）Eg0(T=0K 时的禁带宽度 ) =+4+4+4+4 +4+4+4+4+4（a） （b）3ni、 pi 与 T 成指数关系，随温度升高而迅速增大。室温下（T=300K 即 27oC） ，ni 的数值虽然很大，但它仅占原子密度（硅的原子密度为 4.961022 cm3 ）很小的百分数，故本征半导体的导电能力很弱（本征硅的电阻率约为
6、 2.2105 cm ） 。2、杂质半导体在本征半导体中，掺入一定量的杂质元素，就成为杂质半导体。（1）N 型半导体（电子型半导体）在本征半导体（硅或锗）中掺入五价施主杂质（如磷、砷）而成。其中多子是电子，少子是空穴，还有不能自由移动（不参与导电）的正离子。（2）P 型半导体（空穴型半导体）在本征半导体（硅或锗）中掺入三价受主杂质（如硼、铟）而成。其中多子是空穴，少子是电子，还有不能自由移动（不参与导电）的负离子。（3）杂质半导体中，多子的浓度取决于掺杂的多少，其值几乎与温度无关；且少量的掺杂便可导致载流子几个数量级的增加，故杂质半导体的导电能力显著增大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于
7、温度，少子浓度具有温度敏感性。（4）转型在 N 型半导体中掺入比原有的五价杂质元素更多的三价杂质元素，可转型为 P型；在 P 型半导体中掺入足够的五价杂质元素，可转型为 N 型。（5）半导体的两种导电机理 漂移和扩散载流子在外电场作用下的定向运动称为漂移运动，所形成的电流称为漂移电流。漂移电流的密度为：Jt = Jpt + Jnt = q (p p + n n ) E E式中，p 、 n 分别为空穴和电子的浓度；q 是电子电荷量； p 、 n 分别为空穴和电子的迁移率（迁移率影响半导体器件的工作频率） ；E 为外加电场强度。因浓度差而引起的载流子的定向运动称为扩散运动，所形成的电流称为扩散电流
8、。电子和空穴的扩散电流密度分别为：式中，D n 、D p 分别为电子和空穴的扩散系数； dn(x) / dx、dp( x) / dx 分别为电子和空穴的浓度梯度。3、PN 结（1）PN 结的形成将一种杂质半导体（N 型或 P 型）通过局部转型，使之分成 N 型和 P 型两个部ni1.51010 cm3 （S i）2.41013 cm3 （G e）dn(x) dp(x)Jnd = qDn （负值） J pd =qD p （正值）dx dx4分，在交界面处出现了载流子的浓度差，导致多子互相扩散，从而形成了 PN 结，其过程如下：阻碍多子扩散利于少子漂移如图 1.2 所示。（2）PN 结的单向导电性
9、正偏时，外电场削弱内电场，PN 结变薄，势垒降低，利于多子扩散，不利于少子漂移，由多子扩散形成的大的正向电流。PN 结呈现低阻，处于正向导通状态。反偏时，外电场增强内电场，PN 结变厚，势垒提高，不利于多子扩散，但利于少子漂移，由少子漂移形成很小的反向电流。PN 结呈现高阻，处于反向截止状态。（3）PN 结的击穿特性当加在 PN 结上的反偏压超过一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿。按击穿机理的不同，击穿可分为齐纳击穿和雪崩击穿两种。齐纳击穿发生于重掺杂的 PN 结中，击穿电压较低（4V）且具有负的温度系数；雪崩击穿发生于轻掺杂的 PN 结中，击穿电压较高（4V 6V ）且具有正的温
10、度系数。当 PN 结击穿后，若降低反偏压，PN 结仍可恢复，这种击穿称为电击穿。电击穿是可以利用的，稳压二极管便是根据这一原理制成的。当 PN 结击穿后，若继续增大反偏压，会使 PN 结因过热而损坏，这种击穿称为热击穿。热击穿是要力求避免的。（4）PN 结的伏安特性如图 1.3 所示。式中：I S PN 结的反向饱和电流；VT 温度的电压当量(热电压)。I =IS(eV/VT1) （12）当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时 形成一定厚度的 PN 结。内建电场 E图 1.2 PN 结的形成P区N 区空间电荷区载流子浓度差 多子扩散 电中性被破坏 空间电荷区（内电场）IS V/VI/mAVBRVD
11、(on)O5室温下, V T 26mV（5）PN 结的电容效应PN 结电容 Cj 由势垒电容 CT 和扩散电容 CD 组成（C j = CT + CD） 。正偏时扩散电容为主；反偏时势垒电容为主。利用势垒电容效应可制成变容二极管。1.1.2 晶体二极管晶体二极管是由一个 PN 结，再加上电极、引线封装而成，简称二极管。1、二极管的结构、类型、符号表 1.1 示出了二极管的分类及用途。表 1.1分 类 方 法 主 要 类 型制 作 工 艺 合金型二极管；扩散型二极管；合金扩散型二极管；平面型二极管；外延型二极管结 构 形 态 点接触二极管；面接触二极管；台面二极管；肖特基势垒二极管；PIN 二极
12、管；体效应二极管；双基极二极管；双向二极管普 通 应 用 检波二极管；整流二极管；稳压二极管；开关二极管；恒流二极管光 电 应 用 光电二极管；太阳能电池；发光二极管；激光二极管微 波 应 用 变容二极管；阶跃恢复二极管；崩越二极管；隧道二极管；肖特基势垒二极管；体效应二极管应用范围敏 感 应 用 温敏二极管；磁敏二极管；力敏二极管；气敏二极管；湿敏二极管；光敏二极管其中，点接触型和平面型二极管是常用的两种。前者结面积小，结电容小，适用于高频、小电流的场合，如检波电路；后者的形式较多，有结面积大的，因此结电容也大，适用于低频、大电流的场合，如整流电路。二极管的符号如图 1.4 所示。2、二极管
13、的伏安特性二极管的伏安特性与 PN 结的伏安特性基本相同。3、二极管的主要电参数（1）直流参数图 1.3 PN 结的伏安特性图 1.4 二极管的符号 ERkTVT = （13）q6最大整流电流 IF；正向压降 VDF；反向电流 IR；反向击穿电压 VBR；直流电阻RD。（2）交流参数交流电阻 rd；结电容 Cj；最高工作频率 f M。每一型号的二极管，在技术手册中总是以极值给出上述参数。（3）温度对二极管参数的影响温度每升高 10oC，I R 增大一倍；温度每升高 1oC，V DF 减小（22.5）mV。4、几种特殊的二极管（1）硅稳压二极管 符号、伏安特性如图 1.5 所示。 主要参数稳定电
14、压 VZ；稳定电流 IZ；动态电阻 rZ；最大稳定电流 IZM；耗散功率 PZM 及VZ 的温度系数 V。（2）变容二极管变容二极管是应用十分广泛的一种半导体器件。例如，谐振回路的电调谐；压控振荡器；频率调制；参量电路等。其符号如图 1.6 所示。（3）发光二极管（LED）光二极管是将电能转换为光能的一种半导体器件。广泛用来构成七段数字显示器。其符号如图 1.7 所示。（4）光敏二极管光敏二极管是将光能转换为电能的一种半导体器件。其符号如图 1.8 所示。图 1.5 稳压管的符号及 VI 特性 图 1.6 变容二极管的符号图 1.8 光敏二极管图 1.7 发光二极管 图 1.9 光电耦合器D1
15、 D2输入输出V/VI/mAVZIZminOIZmaxIZ7（5）光电耦合器光电耦合器是由发光器件和光敏器件组成的一种器件。它是用光传输信号的电隔离器件，应用十分广泛。如图 1.9 所示。1.1.3 晶体三极管（BJT ）晶体三极管也称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。1、结构、符号、分类（1）结构、 符号三极管有三个区发射区、基区、集电区；三根电极发射极 E、基极 B、集电极 C；两个结发射结 Je、集电结 Jc。其结构示意图及相应的符号如图 1.10 所示。（a） NPN 型三极管 （b） PNP 型三极管图 1.10 三极管的结构及符号结构特点：发射区重掺杂；基区很薄；集电区轻掺杂且集
16、电结面积大。这正是三极管具有放大作用的内部物质基础。（2）分类按结构不同可分为 NPN 型和 PNP 型；按材料不同可分为硅管和锗管；按照工作频率分可分为高频管、低频管等；按照功率分，可分为大、中、小功率管等。其封装形式有金属封装、玻璃封装和塑料封装等。2、放大作用和电流分配关系（1）直流偏置条件J e 正偏、J c 反偏。这是三极管实现放大所需要的外部条件。（2）直流电流分配关系 IE = IC + IB N P NEBCJe Jc发射区 基区 集电区CBEP N PEBCJe Jc发射区 基区 集电区CBE8IC = IB +ICEO （14）ICEO = (1+ ) ICBO3、伏安特性
17、曲线（1）共射输入特性曲线 i B = f (vBE) vCE 一定如图 1.11（a）所示。v CE 从零增大到约 1V，曲线逐渐右移（基区宽度调制效应）；当 vCE1V 后，曲线几乎不再移动。因此，在工程分析时，近似认为输入特性曲线是一条不随 vCE 而移动的曲线。图 1.11 三极管的 VI 特性曲线（2）共射输出特性曲线 i C = f (vCE) iB 一定如图 1.11（b）所示。整个曲线族可划分为四个区域。 放大区：J e 正偏、J c 反偏。i C 主要受 iB 的控制，由于基区宽度调制效应的影响，当 iB 一定，而 vCE 增大时，i C 略有增加。曲线上翘的程度与厄尔利电压
18、 VA 的大小有关。 截止区：J e、J c 均反偏。i B =I CBO 的那条曲线与横轴间的区域。i B 0，i C 0。 饱和区： Je、J c 均正偏。对应于不同 iB 的输出特性曲线几乎重合，i C 不受 iB 控制,只随 vCE 增大而增大。 击穿区：随着 vCE 增大，J c 的反偏压增大。当 vCE 增大到一定值时，J c 反向击穿，造成 iC 剧增。集电极反向击穿电压 VBR(CEO)随 iB 的增大而减小。4、主要参数（1）直流参数共基极直流电流放大系数 ；共射极直流电流放大系数 ；极间反向电流ICBO、ICEO。（2）交流参数vCE1VvCE=0V20 40 60 80
19、vBE/ViB/ A0 0.2 0.4 0.6 0.8（a） 共射输入特性曲线 （b） 共射输出特性曲线0 2 4 6 8 1040A80A60AiB=20A放大区击穿区iC/mA1 2 3 4 vCE/V饱和区100AiB=I CBOVBR（ CEO）截止区9共基极交流电流放大系数 ；共射极交流电流放大系数 ；共基极截止频率f0；共射极截止频率 f；特征频率 fT。（3）极限参数集电极最大允许电流 ICM ；集电极最大允许耗散功率 PCM ；击穿电压 VBR(CEO)、VBR(CBO)、V BR(EBO)。通常将 ICM 、P CM 、V BR(CEO)三个参数所限定的区域称为三极管的安全工
20、作区。（4）温度对三极管参数的影响严格来讲，温度对三极管的所有参数几乎都有影响，但受影响最大的是 、I CBO、V BE。温度每升高 1oC， 值增大 0.5%1%；温度每升高 1oC，V BE 减小（22.5）mV；温度每升高 10oC，I CBO 约增大一倍，即 ICBO(T2) = ICBO(T1)2(T2T 1)/105、电路模型（1）放大状态下三极管的模型 数学模型iCI S(evBE/VT1) （15）其中 IS = IEBS，I S 是指发射极反向饱和电流 IEBS 转化到集电极上的电流值。 直流简化电路模型如图 1.12 所示。图中，V BE(on)称为发射结导通电压。 交流小
21、信号电路模型如图 1.13 所示。 IBICIBVBE(on)+e+VCEb +VBEc图 1.12 VBE(on)=0.7V（硅管）0.20.3V（锗管）rbbib ice+vb ebrce+vceb+vbegmvb e= ibcrb e（a） 低频电路模型 （b） 高频电路模型eib ic+vbebrce+vceb+vbegmvbe= ibcrberbbCbcCbe图 1.13 10图中， = gmrbe （17）gmI CQ / VT （18）rce=V A / ICQ （19）rbb 为基区体电阻，其值较小，约几十欧姆，常忽略不计。（2）饱和与截止状态下三极管的模型如图 1.14 所示
22、。图中，V CE(sat)称为称为三极管的饱和压降。1.1.4 场效应管（FET）晶体场效应管又称为单极型晶体管，它是一种利用电场效应来控制电流的半导体器件，具有输入阻抗高、温度稳定性好、噪声低、抗辐射能力强、集成度高、成本低等特点，因此已成为当今集成电路的主流器件。1、分类、符号、特性曲线场效应管的分类及符号见图 1.15 所示。VT rb e=(1+ ) IEQ （16）（a） 饱和状态VCE(sat)+VBE(on)ICIB+e+VCEb +VBEc（b） 截止状态eIC 0IB 0b c图 1.14 VCE(sat)0.3V（硅管）0.1V（锗管）FET JFET MOSFET N 沟
23、道 P 沟道GDSGDSGDSB GDSB GDSB GDSBN 沟道 N 沟道P 沟道 P 沟道增强型 耗进型11各种场效应管的特性曲线如图 1.16 所示。2、放大状态下场效应管的电路模型（1）数学模型对 JFET 和耗进型 MOSFET：图 1.15 场效应管的分类及符号VGS(th)ID0vGS/ViD/mA0 结型P 沟道结型N 沟道 IDSS耗尽型P 沟道增强型P 沟道耗尽型N 沟道增强型N 沟道0 vGS/ViD/mA4321 0 可变电阻区2101 2 2345 6 结型耗尽型P 沟道增强型0123 4 2101 2 6543 2 结型耗尽型增强型N 沟道（a） 转移特性 （b
24、）输出特性图 1.16 各种场效应管的特性曲线vGS 2 iD=IDSS 1 VGS(off) （110）12对增强型 MOSFET：式中， n 为自由电子迁移率，C OX 为单位面积的栅极电容量，W /l 称为沟道宽长比，它是场效应管的一项重要参数。（2）直流简化电路模型如图 1.17 所示。图中，I D 与 VGS 之间满足平方律关系。注意该图与图 1.12（三极管的直流简化电路模型）之间的区别。（3）交流小信号电路模型如图 1.18 所示。图中，g m 称为低频跨导。对 JFET 和耗进型 MOSFET：对增强型 MOSFET：rds 称为输出电阻 rds=1/( I DQ) （114）
25、式中，=1/ VA 称为沟道长度调制系数，通常 = (0.0050.03)V 1 。注意图 1.18 图 1.13（三极管的交流小信号电路模型）之间的区别。 nCOXW iD= (vGSV GS(th)22l （111）+ID(VGS)IDIGSGVGSD图 1.17ig idsrds+vdsg+vgsgmvgsd（a） 低频电路模型图 1.18 （b） 高频电路模型ig idsrds+vdsg+vgsgmvgsdCgdCgs Cds2IDSS IDQ gm VGS(off) IDSS （112） nCOXW gm2 IDQ 2l（113）133、主要参数（1）直流参数 饱和漏极电流 IDSS
26、：I DSS 指对应于 VGS=0 时的漏极电流。 夹断电压 VGS(off)：当栅源电压 VGS=VGS(off)时，I D=0。以上两参数仅适用于结型场效应管和耗进型 MOSFET。 开启电压 VGS(th)：当 VGSV GS(th)时，管子才形成导电沟道。该参数仅适用于增强型 MOSFET。 直流输入电阻 RGS：指在漏源之间短路的条件下，栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻。对 JFET，R GS 在 10810 12 之间；对 MOSFET，R GS 在 101010 15 之间。（2）极限参数 栅源击穿电压 V(BR)GSO 漏源击穿电压 V(BR)DSO 最大耗散功率 PDM P
27、DM = IDVDS（3）交流参数 低频跨导 gmgm 的大小反映了栅源电压 vGS 对漏极电流 iD 的控制能力。g m 可以从转移特性或输出特性中求得（见式（112）及式（113） ） 。 输出电阻 rdsrds 说明了 vDS 对 iD 的影响，在饱和区（放大区） ，i D 随 vDS 的改变很小，故 rds 很大（几十千欧几兆欧） 。4、场效应管工作状态的判断（1）截止状态的判断截止条件：N 沟道管：V GSV GS(th)（或 VGSV GS(off)）P 沟道管：V GSV GS(th)（或 VGSV GS(off)）（2）非饱和区（可变电阻区）与饱和区（放大区）的判断若V DSV
28、 GSV GS(th)，则场效应管工作在饱和区；若V DSV GSV GS(th)，则场效应管工作在非饱和区。5、场效应管与三极管的比较场效应管与三极管的区别见表 1.2 所示。表 1.2BJT FET目器iD gm= (mA/V)vGS VDSQ （115）vDS rds= iD VDSQ （116）件 类 型比较 项14载流子两种不同极性的载流子（电子与空穴）同时参与导电，故称为双极型晶体管只有一种极性的载流子（电子或空穴）参与导电，故称为单极型晶体管控制方式 电流控制 电压控制类 型 NPN 和 PNP 型两种 N 沟道 P 沟道两种放大参数 =20100 gm=15mA/V输入电阻 1
29、0210 4 10710 14输出电阻 rce 很高 rds 很高热稳定性 差 好制造工艺 较复杂 简单，成本低对应电极 基极栅极，发射极源极，集电极漏极1.3 典型习题详解【1-1】在本征硅半导体中，掺入浓度为 51015cm3 的受主杂质，试指出 T =300 K时所形成的杂质半导体类型。若再掺入浓度为 1016cm3 的施主杂质，则将为何种类型的半导体？若将该半导体温度分别上升至 T =500 K、600 K 时，试分析为何种类型半导体？【解】本题用来熟悉：（1）杂质半导体的类型；（2）杂质半导体的转型问题。（1） 在本征半导体中掺入受主杂质，形成 P 型半导体。（2） 由于 NdN a
30、，故形成 N 型半导体。且多子 n0 = NdN a=51015cm3（3） T =500 K 时，n i =AT3/2eE g0/2kT =3.491014cm3 n 0 ，故仍为 N 型半导体；T =600 K 时，n i =AT3/2eE g0/2kT =4.741015cm3 n 0 ，因而变为本征半导体。【1-2】已知硅 PN 结两侧的杂质浓度分别为 Na=1016cm3 ，N d=1.51017cm3 ，试求温度在 27oC 和 100oC 时的内建电位差 VB，并进行比较。【解】本题用来熟悉：PN 结的内建电位差与温度的关系。（1） T =27 oC 时，n i =1.51010
31、cm3 ，则（2） T =100 oC 时，n i =1.91012cm3 ，则可见，PN 结的内建电位差 VB 随温度的升高而减小。Na NdVB V T ln( )= 0.76Vni 2Na NdVB V T ln( )= 0.64Vni 215【1-3】已知锗 PN 结的反向饱和电流为 108 A，当外加电压 V 为 0.2V、0.36V 及0.4V 时，试求室温下流过 PN 结的电流 I？由计算结果说明 PN 结伏安特性的特点。【解】本题用来熟悉：（1）PN 结电流方程；（2）PN 结伏安特性的特点。利用公式 I =IS(eV/VT1)进行计算。当 V 为 0.2V、0.36V 及 0
32、.4V 时，I 分别为 21.91A 、10.3mA 及.48mA。由计算结果可知，当外加电压 V 大于锗 PN 结的导通电压（0.2V）后，电压 V的微小增加会引起电流 I 的显著增大。【1-4】两个硅二极管在室温时的反向饱和电流分别为 21012 A 和 21015 A，若定义二极管电流 I=0.1mA 时所需施加的电压为导通电压，试求两管的 VD(on)。若 I 增加10 倍，试问 VD(on)增加多少伏。【解】由公式 I =IS(eV/VT1)可得： 由此可计算出：当 IS =21012 A 时，V D(on) = 461mV；当 IS =21015 A 时， VD(on) = 640
33、mV。由于 VD(on)2V D(on)1 = V Tln (I2/I1)，故当 I2/ I1=10 时，V D(on)增加VTln10 60mV。【1-5】已知 IS（27 oC）=10 9 A，试求温度为10 oC、47 oC 和 60oC 时的 IS 值。【解】本题用来熟悉 PN 结的反向饱和电流 IS 受温度影响的问题。温度每升高 10oC ， IS 约增加一倍 。 即 IS(T2)=IS(T1)2（T 2T 1）/10 。因此可算得；IS（10 oC）= 10 9 2（1027）/10 = 77（pA）IS（47 oC）= 109 2（4727）/10 = 4（nA）IS（60 oC
34、）= 109 2（6027）/10 = 9.85（nA）【1-6】二极管是非线性元件，它的直流电阻和交流电阻有何区别？用万用表欧姆挡测量的二极管电阻属于哪一种？为什么用万用表欧姆挡的不同量程测出的二极管阻值也不同？【解】本题用来熟悉二极管的直流电阻和交流电阻的概念。二极管的直流电阻 RD 是指二极管两端所加直流电压与流过它的直流电流之比，即：RD =VD / ID （17 ）二极管的直流电阻 RD 随 Q 点（静态工作点）的不同而不同。如题图 1.1 所示。二极管的交流电阻 rd 是指在 Q 点附近电压变化量V D 与电流变化量 I D 之比,即：rd =V D/I D,也就是曲线在 Q 点处
35、切线斜率的倒数。根据式（12）可求得：I IV =VTln ( +1 )V Tln ( )IS ISVTrd = 其中： VT26mV （18）IQ题图 1. 1I DOQIQVD/VID/mAV DVQ16IQ 是 Q 点处的电流值， Q 点不同，r d 也不同。I Q 越大，曲线越陡 ,rd 越小，反之亦然。交流电阻是动态电阻，不能用万用表测量。用万用表欧姆挡测出的正、反向电阻是二极管的直流电阻。用欧姆档的不同量程去测量二极管的正向电阻，由于表的内阻不同，使测量时流过二极管的电流大小不同，即 Q 点的位置不同，故测出的 RD 值也不同。【1-7】 电路如题图 1.2 所示，设二极管为理想的
36、，试判断图中各二极管是否导通，并求各电路的 VAO 值。【解】本题用来熟悉：（1）理想二极管的特点；（2）二极管电路的估算法。 求解此类题目的关键在于判断二极管是导通还是截止。对于理想二极管，V D(on) = 0，R D = 0。因此，若二极管阳极与阴极间电压 V0，则二极管导通；若 V0，则二极管截止。图（a）中，假设 D 断开，则 V =V1V 2 =612 = 18V0，所以 D 截止。故得：V AO = V2 =12V。图（b）中，假设 D 断开，则 V =V1V 2 =1512 = 3V 0，所以 D 导通。故得：V AO = V1=15V。图（c）中，假设 D1、D 2 均断开，
37、则 VD1 = 0V 2 = 0（12）= 12V0，V D2 = V1V 2 =15（12）= 3V 0，所以 D1 导通，D 2 截止。故得： VAO = 0V。图（d）中，明显看出 D1、D 2 均处于正偏状态，所以 D1、D 2 均导通。故得：题图 1.23k+V2DO+V1+VAO（a）6V12VA（c）OV2+V1+D13k +VAO15V12VAD2+VAOO+V2+V1D3k15V12VA（b）O+VR13kD1R21k+VAO（d）3VAD2R35.1R45117【1-8】题图 1.3 所示电路中的二极管为理想的，设 vi=6sint V，试画出输出电压 vo的波形。题图 1
38、.3【解】本题用来熟悉：（1）理想二极管的特点；（2）二极管限幅电路的分析方法。二极管限幅电路分单向限幅和双向限幅两种，它利用二极管的单向导电性，将输出信号限制在一定的电平内输出。分析此类题目的关键是判断二极管的工作状态。通常将输入信号分段来讨论二极管的导通或截止。图（a）为二极管双向限幅电路，上限幅电平为 5V，下限幅电平为 2V。当 viV 2 =5 V 时，D 1 因反偏而截止，D 2 因正偏而导通，v o=V2 =5 V；当 viV 1 =2 V 时，D 1 因正偏而导通，D 2 因反偏而截止，v o=V1 =2 V ；当2Vv i5V 时，D 1、D 2 均因反偏而截止，v o= v
39、i。输出波形如下图（a）所示。（a） （b）图（b）为二极管单向限幅电路，下限幅电平为 2V。当 viV =2V 时， D 因正偏而导通，v o= vi；当 viV=2V 时，D 因反偏而截止，vo=V =2 V。输出波形如上图（b）所示。V 3VAO = R4 = 5150mVR1+R2R 3+R4 3000+10005.1+51vi/Vvo/Vt062t062vo/Vt502vi/Vt5062（a）100 +voD1vi+ V2=5V+R+D2V1= 2V（b）+D 100 +vovi+RV=2V18【1-9】题图 1.4（a）所示电路中，已知二极管参数 VD(on) =0.7V，R D=
40、100， （1）试画出电压传输特性曲线；（2）若 vi = 5sint V ，试画出 vo 的波形。（b） （c）题图 1.4【解】本题用来熟悉：（1）二极管的简化直流电路模型；（2）二极管限幅电路的分析方法。该电路为一双向限幅电路。当 vi3.7V 时，D 1 因反偏而截止，D 2 因正偏而导通，此时：当 vi3.7 V 时，D 1 因正偏而导通，D 2 因反偏而截止，此时：当3.7 Vv i3.7 V 时，D 1、D 2 均因反偏而截止，v o= vi。由以上分析可画出电压传输特性及 vo 的波形分别如题图 1.4（b） 、 （c）所示。【1-10】 试确定题图 1.5（a）所示电路中二极
41、管的 VQ、I Q。设 RL 分别为 1k、2 k、5.1 k，二极管的特性如题图 1.5（b）所示。vi+3.7 vi+3.7 5+3.7vo= RD 3.7 = 3.7(V) Vomin= 3.7 =3.725VR + RD 52 52vi/VVominvo/V5t03.73.7t03.73.7Vomax vo/V3.70 3.73.73.7vi/Vvi3.7 vi3.7 53.7vo= RD +3.7 = +3.7(V) Vomax = +3.7 = 3.725VR + RD 52 52（a）+D200 RLVR1 1kR2+voR D15.1kvi+ V2=3V+D2V1= 3V19（
42、c） （b）题图 1.5【解】本题用来熟悉二极管电路的图解分析方法。利用戴维南定理将题图 1.5（a）所示电路等效为题图 1.5（c）所示电路。其中：因此，直流负载线方程为：V = V oc I （R o + RL） 。当 RL 分别为 1k、2 k、5.1 k 时，分别将直流负载线画在题图 1.5（b）上，得：Q1（V Q1=0.5V，I Q1=250A） ；Q2（V Q2=0.45V，I Q1=180A） ；Q3（V Q3=0.37V，I Q3=80A） 。【1-11】题图 1.6（a）所示电路中，已知二极管参数 VD(on) =0.25V， RD=7，r s=2，V DD=1V，v s=
43、20sint （mV） ，试求通过二极管的电流iD=I DQ+id。R2 200Voc = V = 5 = 833mV Ro= R1R 2 = 1000200 =167 R1+ R2 1000+200（c）（a）+DRLVocRo Q3Q2Q10 0.15 0.3 0.45 06 0.75I/A500 600 700 800 V/V400 300 200 100 （a）50+DRLVDD +vsiD（b）VDD 50+DRL+RD VD(on)IDQ 50 RLvS+rs rjid20题图 1.6【解】本题用来熟悉二极管电路的交、直流分析方法。这是一个交、直流混合的电路。流过二极管 D 的电流
44、中，既有直流成分 IDQ，又有交流成分 id。I DQ 的作用是给二极管提供一个合适的 Q 点，在此基础上再叠加交流信号。分析这种电路通常可分为静态（直流）分析和动态（交流）分析，注意电路交、直流通路的划分，且先静态后动态。令 vs=0，由电路的直流通路（二极管用直流简化模型代替）题图 1.6（b）可得：令 VDD = 0（V DD 的交流内阻很小，故对交流可近似看作短路） ，由电路的交流通路题图 1.6（c） （二极管用小信号模型代替）可得：因此 iD = IDQ + id =（13.16 + 0.37 sint ）mA【1-12】已知两只硅稳压管 DZ1、D Z2，其稳定电压分别为 VZ1
45、=6V，V Z2=10V，若将它们串联使用，能获得几种不同的稳定电压值？若将其并联，又能获得几种不同的稳定电压值？【解】本题用来熟悉硅稳压管的稳压特性。两只稳压值不同的稳压管串联使用，有四种联接方式，如题图 1.7（a）所示。因此，可分别获得如下四种不同的稳压值：VO1 = VZ1+VZ2 = 6 +10 =16V VO2 = VZ1+VD2 = 6 +0.7 = 6.7VVO3= VD1+VZ2 = 0.7+10 =10.7V VO4 = VD1+VD2 = 0.7 +0.7 = 1.4V两只稳压值不同的稳压管并联使用，也有四种联接方式，如题图 1.7（b）所示。：VDDV D(on) 10
46、.25IDQ = = = 13.16 mARD+ RL 7+50Vsm 20 VT 26Idm = = 371A 其中 rj = = =1.98rs+ rj+ RL 2+1.98+50 IDQ 13.16题图 1.7（a）DZ1+VO1DZ2DZ1+VO2DZ2DZ1+VO3DZ2DZ1+VO4DZ2+VO1DZ1 DZ2+VO2DZ1 DZ2+VO3DZ1 DZ2+VO4DZ1 DZ221但获得的稳压值只有两种：VO1 = VZ1 = 6V（D Z2 是截止的） VO2 = VO3 = VO4 = VD = 0.7 V【1-13】在题图 1.8（a）所示的稳压电路中，要求输出稳定电压为 7.5V。已知输入电压 VI 在 15V 到 25V 范围内变化，负载电流 IL 在 0 到 15 mA 范围内变化，稳压管参数为 IZmax =50mA , IZmin =5mA , VZ =7.5V，r Z= 10。试求：（1）所需 R 值。 （2）分别计算 VI 和 IL 在规定范围内变化时，输出电压的变化值V O1 和V O2。【解
