模擬電子技術基礎學習指導與習題解答(謝紅主編)第一章.doc

第一章 思考題與習題解答1-1 名詞解釋半導體、載流子、空穴、自由電子、本征半導體、雜質半導體、N型半導體、P型半導體、PN結。解 半導體導電能力介乎于導體與絕緣體之間的一種物質。例如硅(Si)和鍺(Ge)，這兩種半導體材料經(jīng)常用來做晶體管。載流子運載電流的粒子。在導體中的載流子就是自由電子；半導體中的載流子有兩種，就是自由電子與空穴，它們都能參加導電?？昭ü韬玩N均為共價鍵結構，屬于四價元素。最外層的四個電子與相鄰原子最外層電子組成四個共價鍵，每一個共價鍵上均有兩個價電子運動。當環(huán)境溫度升高(加熱或光照)時，價電子獲得能量擺脫原子核與共價鍵對它的束縛進入自由空間成為自由電子，在原來的位置上就出現(xiàn)一個空位，稱為空穴?？昭◣д姡哂形噜忞娮拥哪芰?，參加導電時只能沿著共價鍵作依次遞補式的運動。自由電子位于自由空間，帶負電，參加導電時，在自由空間作自由飛翔式的運動，這種載流子稱為自由電子。本征半導體不摻任何雜質的半導體，也就是指純凈的半導體，稱為本征半導體。雜質半導體摻入雜質的半導體稱為雜質半導體。N型半導體在本征硅(或鍺)中摻入微量五價元素(如磷P)，就形成含有大量電子的N型雜質半導體，又稱電子型雜質半導體，簡稱N型半導體。P型半導體在本征硅(或鍺)中摻入微量的三價元素(如硼B(yǎng))，就形成含大量空穴的P型雜質半導體，又稱空穴型雜質半導體，簡稱P型半導體。PN結將一塊P型半導體與一塊N型半導體放在一起，通過一定的工藝將它們有機地結合起來，在其交界面上形成一個結，稱為PN結。1-3 選擇填空(只填a、b以下類同)(1)在PN結不加外部電壓時，擴散電流 漂移電流。(a.大于，b.小于，c.等于)(2)當PN結外加正向電壓時，擴散電流 漂移電流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此時耗盡層。(a2.變寬，b2.變窄，c2.不變)(3)當PN結外加反向電壓時，擴散電流 漂移電流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此時耗盡層。(a2.變寬，b2.變窄，c2.不變)解 (1)c。(2)a1，b2。(3)b1，a2。1-4 選擇填空(1)二極管電壓從0.65 V增大10%，流過的電流增大 。(a.10%，b.大于10%，c.小于10%)(2)穩(wěn)壓管 (a1.是二極管，b1.不是二極管，c1.是特殊的二極管)，它工作在 狀態(tài)。(a2.正向導通，b2.反向截止，c2.反向擊穿)(3)NPN型和PNP型晶體管的區(qū)別是 。(a.由兩種不同材料的硅和鍺制成，b.摻入的雜質元素不同，c.P區(qū)和N區(qū)的位置不同)(4)場效應管是通過改變 (a1.柵極電流，b1.柵源電壓，c1.漏源電壓)來改變漏極電流的，因此是一個 (a2.電流，b2.電壓)控制的 (a3.電流源，b3.電壓源)。(5)晶體管電流由 (a1.多子，b1.少子，c1.兩種載流子)組成，而場效應管的電流由 (a2.多子，b2.少子，c2.兩種載流子)組成。因此，晶體管電流受溫度的影響比場效應管 (a3.大，b3.小，c3.差不多)。(6)晶體管工作在放大區(qū)時，b-e極間為 ，b-c極間為 ；工作在飽和區(qū)時，b-e極間為 ，b-c極間為 。(a.正向偏置，b.反向偏置，c.零偏置)解 (1)b。(2)c1,c2。(3)c。(4)b1,b2,a3。(5)c1,a2,a3。(6)a,b;a,a與c。1-5 回答下列問題(1)為什么說在使用二極管時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓?(2)如何用萬用表的“”擋來辨別一只二極管的陽、陰兩極?(提示：萬用表的黑筆接表內直流電源的正極端，而紅筆接負極端)(3)比較硅、鍺兩種二極管的性能。在工程實踐中，為什么硅二極管應用得較普遍?解 (1)如果二極管的正向電流超過最大整流電流就會進入過流區(qū)，容易燒管；如果超過最高反向工作電壓容易造成管子反向擊穿。(2)根據(jù)二極管的正向電阻小，反向電阻大的性質。先假設二極管的陰、陽兩個端，測量其電阻，將黑筆接假設的陽極，紅筆接假設的陰極，記錄其阻值；再將黑、紅筆交換位置，再測電阻，比較兩次測得的阻值大小，若前者小于后者，說明假設的陰、陽兩極是對的，否則相反。(3)死區(qū)電壓：硅管的大于鍺管的；反向電流：硅管的小于鍺管的；最高反向工作電壓：硅管的高于鍺管的；工作頻率：鍺管的高于硅管的。因為硅管的穿透電流ICEO比鍺管的小得多，表現(xiàn)溫度穩(wěn)定性好，所以硅二極管應用得較普遍。1-6 回答問題(1)有兩個三極管，A管的=200，=200,B管的=50,=10。其他參數(shù)大致相同。相比之下 管的性能較好。(2)若把一個三極管的集電極電源反接，使集電結也處于正向偏置，則將更大，對放大作用是否更有利?(3)一個三極管的=10時，=1，我們能否從這兩個數(shù)據(jù)來決定它的交流電流放大系數(shù)?什么時候可以?什么時候不可以?解 (1)B。因為越小的管子，使用壽命越長，而且其溫度穩(wěn)定性越好。(2)無影響。因為放大作用的大小不在于和絕對值的大小，而在于二者變化量的比值，即的變化量比的變化量越大，表征管子的放大作用越強。(3)由定義式知，對于一般的管子來說不可以，因為，。而對于理想的三極管來說，可取，此時可以由=1，=10這兩個數(shù)據(jù)來決定它的交流電流放大系數(shù)，即。1-7 回答問題(1)與BJT相比，F(xiàn)ET具有哪些基本特點?(2)從已知的場效應管輸出特性曲線如何判斷該管的類型(增強型還是耗盡型)、夾斷電壓(或開啟電壓)的大概數(shù)值，舉例說明。(3)圖題1-7(a)、(b)、(c)分別為三只場效應管的特性曲線，指出它們各屬于哪種類型的管子(結型、絕緣柵型；增強型、耗盡型；N溝道、P溝道)。圖1-7 幾種場效應管特性解 (1)與BJT相比，F(xiàn)ET具有以下幾個基本特點：輸入電阻高；溫度穩(wěn)定性好，具有零溫度系數(shù)工作點，當管子工作在該點時，其性能與溫度無關，特別穩(wěn)定；噪聲小，因為FET產生噪聲的來源比BJT少；容易集成化。目前，大面積集成電路多采用FET。(2)見第(3)題的解答。(3)見圖題1-7(a)，由該轉移特性曲線知，該管為N溝道耗盡型絕緣柵場效應管。它的夾斷電壓是曲線與橫坐標的交點，以,標在圖(a)中。圖(b)是P溝道增強型絕緣柵場效應管。它的開啟電壓標在圖(b)中。圖(c)是N溝道耗盡型絕緣柵場效應管。它的夾斷電壓標在圖(c)中。1-8 溫度為25 時，鍺二極管和硅二極管的反向電流分別為10和0.1，試計算在60 時它們的反向電流各為多少?解 無論是硅二極管還是鍺二極管，它們的反向電流隨溫度變化而變化的規(guī)律是相同的，即每升高10 大一倍，用公式表示為對于硅管，=0.1，代入公式得=1.13對于鍺管，=10，代入公式得=113可見，當溫度升高到60 時，硅二極管的反問電流仍然比鍺二極管的小得多(1.13 113)，證明硅管的溫度穩(wěn)定性好于鍺管。1-10 分析圖題1-10(a)所示電路中二極管的工作狀態(tài)(導通或截止)，確定出的值，并將結果填入圖(b)的表中。圖題1-10(a)電路圖；(b)表格與解答解 設、導通電壓為0.7 V。當=0，=0時，、均處于正偏而導通，則；當=0，=5 V時，看上去好像、均處于正偏而導通，而實際上，導通后，值被箝位在4.3 V上，就使處于反偏狀態(tài)而截止，因此此時=4.3 V；同理，當=5 V,=0 V時，截止，導通，仍有=4.3 V;當=5 V時，、均處于正偏置而導通，此時+5=4.3 V。將上述分析結果填入圖題1-10(b)表格內。1-11 兩只硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為=6 V,=9 V。設它們的正向導通電壓為0.7 V。把它們串聯(lián)相接可得到幾種穩(wěn)壓值，各是多少?把它們并聯(lián)相接呢?解 當兩個穩(wěn)壓管串聯(lián)時能得到四個穩(wěn)壓值：兩只穩(wěn)壓管均反接時，其穩(wěn)壓值為兩管穩(wěn)壓值之和，即6+9=15 V；當正接，反接時，應得0.7+9=9.7 V；當反接，正接時，應得6+0.7=6.7 V；當兩管均正接時，應得0.7+0.7=1.4 V。當兩個穩(wěn)壓管并聯(lián)時，只能得到兩種穩(wěn)壓值：兩只管子均反接時，其穩(wěn)壓值由低的那一個決定，即為6 V，這種情況一般不常用；當兩管中只要有一個正接，圖題1-12或者兩管均正接時，其穩(wěn)壓值均為0.7 V。1-12測得工作在放大電路中兩個晶體管的兩個電極電流如圖題1-12所示。(1)求另一個電極電流，并在圖中標出實際方向。(2)判斷它們各是NPN還是PNP型管，標出e、b、c極。(3)估算它們的和值。圖題1-12解 (1)將圖題1-12(a)中的兩個已知電流求和就是另一電極電流，即0.1+4=4.1，其實際方向是向外流的。圖(b)中，將兩個已知電流相減就是另一電極電流，即6.10.1=6，其實際方向也是向外流的。(2)圖(a)中，由電流方向及數(shù)量級得知，只有NPN管滿足這個要求，并且知0.1為b極，4為c極，4.1為e極；同理圖(b)管為PNP型，0.1 為b極，6 為c極，6.1為e極。上述結果已標在圖中。(3)求圖(a)管的與值：=40 0.976圖(b)管的與值：=601-13 一只三極管的輸出特性如圖題1-13的實線。試根據(jù)特性曲線求出管子的下列參數(shù)：、和。圖題1-13解 (1)圖解值在晶體管輸出特性曲線族的放大區(qū)(曲線平行等距的區(qū)域)找一個，對應找到，再由的定義式可得(2)求值由與的關系式計算可得(3)求在功耗線上任取一點，將該點所對應的縱坐標與橫坐標的讀數(shù)相乘可得值：PCM=5 mA10 V=50(4)確定穿透電流=0的輸出特性曲線對應的值即為，圖中已標上=10，因此=10(5)求根據(jù)的關系可得(6)確定擊穿電壓對應=0的輸出特性曲線開始上翹時的值即為：=50 V1-14 測得工作在放大電路中幾個晶體管的三個電極電位、分別為下列各組數(shù)據(jù)，判斷它們是NPN型，還是PNP型?是硅管，還是鍺管?確定e、b、c三個電極。(1)=3.5 V,=2.8 V,=12 V(2)=3 V,=2.8 V,=12 V(3)=6 V,=11.3 V,=12 V(4)=6 V,=11.8 V,=12 V解 解此題的理論根據(jù)有兩條：由值確定材料。對于硅材料，其 V；對于鍺材料，其0.2 V。由放大管的e結正偏，c結反偏確定管子的類型。 對于NPN管應滿足；對于PNP管應滿足，同時還能確定管子的三個電極。(1)=0.7 V，因此是硅材料；,且均為正值，可見該管為NPN型，同時三個電極分別：是b極；2是e極；是c極。 (2)=0.2 V，因此是鍺材料；，該管是NPN型，三個電極分別：為b極；為e極；為c極。(3)=0.7 V，因此是硅材料；，該管為PNP型，并且它的三個電極分別：為c極；為b極；為e極。(4) V，因此是鍺材料；，該管為PNP型，三個電極分析：為c極；為b極；為e極。1-15 絕緣柵型場效應管漏極特性曲線如圖題1-15(a)(d)所示。圖題1-15(1)說明圖(a)(d)曲線對應何種類型的場效應管。(2)根據(jù)圖中曲線標定值確定、和數(shù)值。解 圖(a)中，因此是N溝道增強型MOS管。對應0的值為開啟電壓，即=3 V圖(b)中，因此該管是P溝道增強型MOS管。開啟電壓為2 V圖(c)中 0，因此是P溝道耗盡型MOS管。對應的值為夾斷電壓，即=2 V對應=0 V時的值為：=2 圖(d)中0，因此是N溝道耗盡型MOS管。其夾斷電壓為)=3 V=31-18 填空題試從下述幾方面比較場效應管和晶體三極管的異同。(1)場效應管的導電機理為，而晶體三極管為。比較兩者受溫度的影響管優(yōu)于管。(2)場效應管屬于器件，其G、S間的阻抗要晶體三極管b、e極間的阻抗，后者則應屬于器件。(3)晶體三極管3種工作區(qū)域是，與此不同，場效應管常把工作區(qū)域分為3種。(4)場效應管的漏極D與源極S互換使用，而晶體三極管的集電極C與發(fā)射極E則互換使用。解 (1)一種載流子(多子)參加導電；兩種載流子參加導電；FET；BJT。(2)壓控；遠大于；流控。(3)飽和、放大、截止；可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)。(4)b、c、e；NPN、PNP。1-19 測得半導體三極管及場效應管三個電極對地的電位如圖題1-19所示，試判斷下列器件的工作狀態(tài)。圖題1-19解 晶體管放大的條件：對于NPN型，其7 V，各極電位關系；對于PNP型，其2 V，各極電位關系。圖(1)1=0.7 V，滿足NPN管的放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(2)，=0.6 V，也滿足NPN管的放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(3)是N溝道結型FET，其放大條件是，。 V，滿足放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(4)是PNP管，UBE= V，是硅材料。，滿足放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由下而上流。圖(5)是N溝道耗盡型MOS管，要求UGS0，。=4.4 V,，處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(6)是PNP管。e結反偏，因此截止。圖(7)也是PNP管。e結反偏，因此截止。圖(8)是PNP管。 V，管子處于放大區(qū)。圖(9)是N溝道增強型MOS管，要求。本例中，因此截止。圖(10)是P溝道增