第1章__半导体二极管及其应用习题解答

1第1章半导体二极管及其基本电路自测题1.1判断下列说法是否正确，用“√”和“”表示判断结果填入空内1.半导体中的空穴是带正电的离子。（）2.温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。（√）3.因为P型半导体的多子是空穴，所以它带正电。（）4.在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（√）5.PN结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。（√）1.2选择填空1.N型半导体中多数载流子是A；P型半导体中多数载流子是B。A．自由电子B．空穴2.N型半导体C；P型半导体C。A．带正电B．带负电C．呈电中性3.在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于B，而少子的浓度则受A的影响很大。A．温度B．掺杂浓度C．掺杂工艺D．晶体缺陷4.PN结中扩散电流方向是A；漂移电流方向是B。A．从P区到N区B．从N区到P区5.当PN结未加外部电压时，扩散电流C飘移电流。A．大于B．小于C．等于6.当PN结外加正向电压时，扩散电流A漂移电流，耗尽层E；当PN结外加反向电压时，扩散电流B漂移电流，耗尽层D。A．大于B．小于C．等于D．变宽E．变窄F．不变7.二极管的正向电阻B，反向电阻A。A．大B．小8.当温度升高时，二极管的正向电压B，反向电流A。A．增大B．减小C．基本不变9.稳压管的稳压区是其工作在C状态。A．正向导通B．反向截止C．反向击穿1.3有A、B、C三个二极管，测得它们的反向电流分别是2A、0.5A、5A；在外加相同的正向电压时，电流分别为10mA、30mA、15mA。比较而言，哪个管子的性能最好？【解1.3】：二极管在外加相同的正向电压下电流越大，其正向电阻越小；反向电流越小，其单向导电性越好。所以B管的性能最好。题习题11.1试求图P1.1所示各电路的输出电压值UO，设二极管的性能理想。25VVD+3kΩUOVD7V5V+3kΩUO5V1VVD+3kΩUO（a）（b）（c）10V5VVD3kΩ+._OU2kΩ6V9VVDVD+123kΩUOVDVD5V7V+123kΩUO（d）（e）（f）图P1.4【解1.1】：二极管电路，通过比较二极管两个电极的电位高低判断二极管工作在导通还是截止状态。方法是先假设二极管断开，求出二极管阳极和阴极电位，电路中只有一个二极管：若阳极电位高于阴极电位（或二极管两端电压大于其导通电压Uon），二极管正偏导通，导通时压降为0（对于理想二极管）或Uon（对于恒压源模型的二极管）；若阳极电位低于阴极电位（或二极管两端电压小于其导通电压Uon），二极管反偏截止，流过二极管的电流为零。如果电路中有两个二极管：若一个正偏，一个反偏，则正偏的导通，反偏的截止；若两个都反偏，则都截止；若两个都正偏，正偏电压大的优先导通，进而再判断另一只二极管的工作状态。图(a)二极管VD导通，UO=5V图(b)二极管VD导通，UO=7V图©二极管VD截止，UO=1V图(d)二极管VD1导通，VD2截止，UO=0V图(e)二极管VD1截止，VD2导通，UO=9V图(f)二极管VD导通，UO=0V1.2在图P1.2所示电路图中，试求下列几种情况下输出端Y点的电位及流过各元件的电流。⑴UA=UB=0V；⑵UA=3V，UB=0V。设二极管的导通电压Uon=0.7V。【解1.2】：（1）二极管VD1和VD2均承受正向电压，且正向电压相等，都导通。所以输出端Y点电位：UY=Uon=0.7V。流过二极管VD1和VD2的电流：mA65.4kΩ1V7.0V1021VD2VD1II（2）二极管VD1和VD2均承受正向电压，但VD2承受的正向电压大，VD2优先导通。所以输出端Y点电位：UY=Uon=0.7V。将VD1钳制在截止状态。流过二极管VD1的电流0VD1I，流过二极管VD2的电流mA3.9kΩ1V7.0V10VD2I31kΩYABVDVD1210V1kΩYABVDVD12图P1.2图P1.31.3分析图P1.3所示电路中各二极管的工作状态，试求下列几种情况下输出端Y点的电位及流过各元件的电流。⑴UA=UB=0V；⑵UA=5V，UB=0V；⑶UA=UB=5V。二极管的导通电压Uon=0.7V。【解1.3】：（1）二极管VD1和VD2均处于零偏状态，所以都截止。输出端Y点电位：UY=0。流过二极管VD1和VD2的电流0VD2VD1II。（2）二极管VD1正偏导通，所以输出端Y点电位：UY=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。将VD2钳制在截止状态。流过二极管VD1流过二极管VD1和VD2的电流mA3.4kΩ1V3.4VD1I,流过二极管VD2的电流0VD2I。（3）二极管VD1和VD2均承受正向电压，且正向电压相等，都导通。所以输出端Y点电位：UY=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。流过二极管VD1和VD2的电流mA15.2kΩ1V3.421VD2VD1II。1.4在图P1.4所示电路中，已知输入电压ui=5sint（V），设二极管的导通电压Uon=0.7V。分别画出它们的输出电压波形和传输特性曲线uo=f（ui）。3kΩVDVD12++uuio3kΩVD++uuio3kΩVD++uuio+++UVDUVD+UVD1UVD2（a）（b）（c）图P1.4【解1.4】：在（a）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压UVD=ui。当UVDUon，即ui0.7V时，二极管导通，输出电压uo=ui0.7V；当UVDUon，即ui0.7V时，二极管截止，输出电压uo=0。输出电压的波形如图解P1.4（a）1所示，传输特性如图解P1.4（a）2所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压UVD=ui。当UVDUon，即ui0.7V时，二极管导通，输出电压uo=0.7V；当UVDUon，即ui0.7V时，二极管截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解1.4P（b）1所示，传输特性如图解1.4P（b）2所示。在（c）图所示电路中，当ui0.7V时，二极管VD1导通，输出电压uo=0.7V；当ui0.7V时，二极管VD2导通，输出电压uo=0.7V；当0.7Vui0.7V时，VD1、VD2都截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解1.4P（c）1所示，传输特性如图解1.4P（c）2所示。4ui5tuot00/V0.74.3ui5tuot00/V0.70.7ui5tuot0.7/V0.70.70.7图解T1.4（a）1图解T1.4（b）1图解T1.4（c）10uuio0.74.35/V/V0.7uuio0.75/V/V550.7uuio0.75/V/V0.70.75图解T1.4（a）2图解T1.4（b）2图解T1.4（c）21.5在图P1.3所示电路中，已知ui=10sint（V），二极管的性能理想。分别画出它们的输入、输出电压波形和传输特性曲线uo=f（ui）。+_uoVDVD212kΩ+_ui3V+_uoVDVD21+_ui2kΩ5V3V+_uoVD2kΩ+_ui5V（a）（b）（c）图P1.5【解1.5】：在（a）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压UVD=5Vui。当UVD0，即ui5V时，二极管导通，输出电压uo=5V；当UVD0，即ui5V时，二极管截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解P1.5（a）1所示，传输特性如图解P1.5（a）2所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管VD1两端的电压UVD1=ui，VD2两端的电压UVD2=ui3V。当ui3V时，VD2导通，输出电压uo=3V；当ui0时，VD1导通，输出电压uo=0；当0ui3V时，VD2、VD1都截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解P1.5（b）1所示，传输特性如图解P1.5（b）2所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管VD1两端的电压UVD1=5Vui，VD2两端的电压UVD2=ui3V。当ui3V时，VD2导通，输出电压uo=3V；当ui5V时，VD15导通，输出电压uo=5V；当5Vui3V时，VD2、VD1都截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解P1.5（c）1所示，传输特性如图解P1.5（c）2所示ui10tuot00/V/V5105ui10tuot0.7/V30/V3ui10tuot00/V33/V55图解P1.5（a）1图解1.5P（b）1图解P1.5（c）10uuio51010/V/V5100uuio310/V/V0uuio10/V/V531035图解1.5（a）2图解1.5（b）2图解1.5（c）21.6图P1.4所示为一限幅电路，输入电压ui=10sint（V），试画出输出电压的波形和传输特性曲线。设VD1、VD2的性能均理想。+_uo+_ui8V10kΩ20kΩRR12VDVD122V+_uo+_ui8V10kΩ20kΩRR12VDVD122ViD1iD2i1i2图P1.6图解P1.6(a)【解1.6】：设流过VD1、VD2、R1、R2的电流分别为iD1、iD2、i1、i2，参考方向如图解1.6P(a)所示。当VD1、VD2均导通时2088i2i2D2uRuii，20123)28()(i1i2i2D1D1uRuRuiii，由此可得，VD1导通的条件是：ui4V；VD2导通的条件是：ui8V。故ui8V时，VD1导通，VD2截止，输出电压uo=8V；4Vui8V时，VD1、VD2都导通，输出电压uo=ui；ui4V时，VD1截止，VD2导通，输出电压V4210102028ou。输出电压的波形如图解P1.6((b）所示，传输特性如图解P1.6(c)所示。6uuio10/V/V104880ui10tuot00/V4848图解P1.6(b)图解P1.6(c)1.7电路如图P1.7所示。输入电压ui=10sint（mV），二极管的导通电压Uon=0.7V，电容C对交流信号的容抗可忽略不计。试计算输出电压的交流分量。【解1.7】：只有直流电压作用时，电容C开路，流过二极管的电流为8.1m1.57.010DQAImA，由此可估算出二极管VD的动态电阻为：Ω4.14Ω8.126)mA()mV(26QDdIr在进行交流分析时，令直流电压和电容短路，二极管用交流等效电阻rd代替，此时，电路可等效为图解P1.7。由图可求得输出电压的交流分量为trRruRrRrRRrRruuddsin65.3)/(1i2d2d12d2dio（mV）+_uo+_ui5.1kΩR210V25ΩR1VDC+_uo+_ui5.1kΩR225ΩR1rd图P1.7图解P1.71.8有两个硅稳压管，VDZ1、VDZ2的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V，稳定电流是5mA。求图P1.8各个电路的输出电压UO。20V+2kΩUOVDVDz1z220V+UOVDVDz1z22kΩ20V+UOVDVDz1z22kΩ（a）（b）（c）20V+UOVDVDz1z22kΩ20V+UOVDVDz1z22kΩ20V+UOVDVDz1z22kΩ（d）（e）（f）图P1.8【解1.6】：图aUO=6V+8V=14V；图bUO=6V+0.7V=6.7V；图c7UO=0.7V+0.7V=1.4V；图dUO=0.7V；图eUO=0.7V；图fUO=6V。1.9已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大功耗PZM=150mW。试求图P1.9所示电路中限流电阻R的取值范围。【解1.9】：由题可知稳压管的最大稳定电流6150ZZMZmaxUPImA=25mA流过稳压管的电流IZ应满足：ZmaxZZminIII，又因为：RRUUIV6V15ZIZ，由此可得限流电阻R的