模拟电子技术基础---吴友宇-答案(完整版)(1)

第三部分习题与解答习题1客观检测题一、填空题1、在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度，而少数载流子的浓度则与温度有很大关系。2、当PN结外加正向电压时，扩散电流大于漂移电流，耗尽层变窄。当外加反向电压时，扩散电流小于漂移电流，耗尽层变宽。3、在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子。二．判断题1、由于P型半导体中含有大量空穴载流子，N型半导体中含有大量电子载流子，所以P型半导体带正电，N型半导体带负电。（×）2、在N型半导体中，掺入高浓度三价元素杂质，可以改为P型半导体。（√）3、扩散电流是由半导体的杂质浓度引起的，即杂质浓度大，扩散电流大；杂质浓度小，扩散电流小。（×）4、本征激发过程中，当激发与复合处于动态平衡时，两种作用相互抵消，激发与复合停止。（×）5、PN结在无光照无外加电压时，结电流为零。（√）6、温度升高时，PN结的反向饱和电流将减小。（×）7、PN结加正向电压时，空间电荷区将变宽。（×）三．简答题1、PN结的伏安特性有何特点？答：根据统计物理理论分析，PN结的伏安特性可用式)1e(IITVVsD表示。式中，ID为流过PN结的电流；Is为PN结的反向饱和电流，是一个与环境温度和材料等有关的参数，单位与I的单位一致；V为外加电压；VT=kT/q，为温度的电压当量（其单位与V的单位一致），其中玻尔兹曼常数k.J/K2313810，电子电量)(C1060217731.1q19库伦，则)V(2.11594TVT，在常温（T=300K）下，VT=25.875mV=26mV。当外加正向电压，即V为正值，且V比VT大几倍时，1eTVV，于是TVVseII，这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大，PN结为正向导通状态.外加反向电压，即V为负值，且|V|比VT大几倍时，1eTVV，于是sII，这时PN结只流过很小的反向饱和电流，且数值上基本不随外加电压而变，PN结呈反向截止状态。PN结的伏安特性也可用特性曲线表示，如图1.1.1所示.从式(1.1.1)伏安特性方程的分析和图1.1.1特性曲线（实线部分）可见：PN结真有单向导电性和非线性的伏安特性。2、什么是PN结的反向击穿？PN结的反向击穿有哪几种类型？各有何特点？答：“PN”结的反向击穿特性：当加在“PN”结上的反向偏压超过其设计的击穿电压后，PN结发生击穿。PN结的击穿主要有两类，齐纳击穿和雪崩击穿。齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结，一般反向击穿电压小于4Eg/q（Eg—PN结量子阱禁带能量，用电子伏特衡量，Eg/q指PN结量子阱外加电压值，单位为伏特）的PN的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。雪崩击穿主要发生在“PN”结一侧或两侧的杂质浓度较低“PN”结，一般反向击穿电压高于6Eg/q的“PN”结的击穿模式为雪崩击穿。击穿机理就是强电场使载流子的运动速度加快，动能增大，撞击中型原子时把外层电子撞击出来，继而产生连锁反应，导致少数载流子浓度升高，反向电流剧增。3、PN结电容是怎样形成的？和普通电容相比有什么区别？PN结电容由势垒电容Cb和扩散电容Cd组成。图1.1.1PN伏安特性势垒电容Cb是由空间电荷区引起的。空间电荷区内有不能移动的正负离子，各具有一定的电量。当外加反向电压变大时，空间电荷区变宽，存储的电荷量增加；当外加反向电压变小时，空间电荷区变窄，存储的电荷量减小，这样就形成了电容效应。“垫垒电容”大小随外加电压改变而变化，是一种非线性电容，而普通电容为线性电容。在实际应用中，常用微变电容作为参数，变容二极管就是势垒电容随外加电压变化比较显著的二极管。扩散电容Cd是载流子在扩散过程中的积累而引起的。PN结加正向电压时，N区的电子向P区扩散，在P区形成一定的电子浓度(Np)分布，PN结边缘处浓度大，离结远的地方浓度小，电子浓度按指数规律变化。当正向电压增加时，载流子积累增加了△Q；反之，则减小，如图1.3.3所示。同理，在N区内空穴浓度随外加电压变化而变化的关系与P区电子浓度的变化相同。因此，外加电压增加△V时所出现的正负电荷积累变化△Q，可用扩散电容Cd来模拟。Cd也是一种非线性的分布电容。综上可知，势垒电容和扩散电容是同时存在的。PN结正偏时，扩散电容远大于势垒电容；PN结反偏时，扩散电容远小于势垒电容。势垒电容和扩散电容的大小都与PN结面积成正比。与普通电容相比，PN结电容是非线性的分布电容，而普通电容为线性电容。习题2客观检测题一、填空题1、半导体二极管当正偏时，势垒区变窄，扩散电流大于漂移电流。2、在常温下，硅二极管的门限电压约0.6V，导通后在较大电流下的正向压降约0.7V；锗二极管的门限电压约0.1V，导通后在较大电流下的正向压降约0.2V。3、在常温下，发光二极管的正向导通电压约1.2~2V，高于硅二极管的门限电压；考虑发光二极管的发光亮度和寿命，其工作电流一般控制在5~10mA。4、利用硅PN结在某种掺杂条件下反向击穿特性陡直的特点而制成的二极管，称为普通（稳图1.3.3P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累压）二极管。请写出这种管子四种主要参数，分别是最大整流电流、反向击穿电压、反向电流和极间电容。二、判断题1、二极管加正向电压时，其正向电流是由（a）。a.多数载流子扩散形成b.多数载流子漂移形成c.少数载流子漂移形成d.少数载流子扩散形成2、PN结反向偏置电压的数值增大，但小于击穿电压，（c）。a.其反向电流增大b.其反向电流减小c.其反向电流基本不变d.其正向电流增大3、稳压二极管是利用PN结的（d）。a.单向导电性b.反偏截止特性c.电容特性d.反向击穿特性4、二极管的反向饱和电流在20℃时是5μA，温度每升高10℃，其反向饱和电流增大一倍，当温度为40℃时，反向饱和电流值为（c）。a.10μAb.15μAc.20μAd.40μA5、变容二极管在电路中使用时，其PN结是（b）。a.正向运用b.反向运用三、问答题1、温度对二极管的正向特性影响小，对其反向特性影响大，这是为什么？答：正向偏置时，正向电流是多子扩散电流，温度对多子浓度几乎没有影响，因此温度对二极管的正向特性影响小。但是反向偏置时，反向电流是少子漂移电流，温度升高少数载流子数量将明显增加，反向电流急剧随之增加，因此温度对二极管的反向特性影响大。2、能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？答：根据二极管电流的方程式qV/KTSIIe1将V=1.5V代入方程式可得：//IeelgIlglge.121500261215002620101201015002012143426故I.A1421810虽然二极管的内部体电阻、引线电阻及电池内阻都能起限流作用，但过大的电流定会烧坏二极管或是电池发热失效，因此应另外添加限流电阻。3、有A、B两个二极管。它们的反向饱和电流分别为5mA和A.20，在外加相同的正向电压时的电流分别为20mA和8mA，你认为哪一个管的性能较好？答：B好，因为B的单向导电性好；当反向偏置时，反向饱和电流很小，二极管相当于断路，其反向偏置电阻无穷大。4、利用硅二极管较陡峭的正向特性，能否实现稳压？若能，则二极管应如何偏置？答：能实现稳压，二极管应该正向偏置，硅二极管的正偏导通电压为0.7V；因此硅二极管的正向特性，可以实现稳压，其稳压值为0.7V。5、什么是齐纳击穿？击穿后是否意味着PN结损坏？答：齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结，其空间电荷区较窄，击穿电压较低（如5V以下），一般反向击穿电压小于4Eg/q（Eg—PN结量子阱禁带能量，用电子伏特衡量，Eg/q指PN结量子阱外加电压值，单位为伏特）的PN的击穿模式就是齐纳击穿，击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电，使的少子浓度增加，反向电流上升。发生齐纳击穿需要的电场强度很大，只有在杂质浓度特别大的PN结才能达到。击穿后并不意味着PN结损坏，当加在稳压管上的反向电压降低以后，管子仍然可以恢复原来的状态。但是反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率时，就可能由电击穿变为热击穿，而造成永久性的破坏。电击穿PN结未被损坏，但是热击穿PN结将永久损坏。主观检测题2.1.1试用电流方程式计算室温下正向电压为0.26V和反向电压为1V时的二极管电流。（设AIS10）解：由公式DDTqV/KTV/VDSSIIeIe11由于AIS10，VT=0.026V正向偏置VD=0.26V时DTV/V./.DSIIeeeA.A0260026101101101220264022当反向偏置DVV1时DSIIA102.1.2写出题图2.1.2所示各电路的输出电压值，设二极管均为理想二极管。解：VO1≈2V（二极管正向导通），VO2＝0（二极管反向截止），VO3≈－2V（二极管正向导通），VO4≈2V（二极管反向截止），VO5≈2V（二极管正向导通），VO6≈－2V（二极管反向截止）。2.1.3重复题2.1.2，设二极管均为恒压降模型，且导通电压VD＝0.7V。解：UO1≈1.3V（二极管正向导通），UO2＝0（二极管反向截止），UO3≈－1.3V（二极管正向导通），UO4≈2V（二极管反向截止），UO5≈1.3V（二极管正向导通），UO6≈－2V（二极管反向截止）。2.1.4设题图2.1.4中的二极管均为理想的（正向可视为短路，反向可视为开路），试判断其中的二极管是导通还是截止，并求出A、Q两端电压AOU。解：题图2.1.4所示的电路图中，图（a）所示电路，二极管D导通，VAO=－6V，图（b）所示电路，二极管D1导通，D2截止，VAO=－0V，图（c）所示电路，二极管D1导通，D2截止，VAO=－0V。2.1.5在用万用表的kRRR1100,10和三个欧姆档测量某二极管的正向电阻时，共测得三个数据；68085,4和k，试判断它们各是哪一档测出的。解：万用表测量电阻时，对应的测量电路和伏安特性如图2.1.5所示，实际上是将流过电表的电流换算为电阻值，用指针的偏转表示在表盘上。当流过的电流大时，指示的电阻小。测量时，流过电表的电流由万用表的内阻和二极管的等效直流电阻值和联合决定。通常万用表欧姆档的电池电压为Ei=1.5V，R10档时，表头指针的满量程为100μA（测量电阻为0，流经电阻Ri的电流为10mA），万用表的内阻为iR10150；R100档时，万用表的内阻为iiRR10010101500（测量电阻为0，表头满量程时，流经Ri题图2.1.2(a)(c)(b)题图2.1.4的电流为1mA）；Rk1档时（测量电阻为0，表头满量程时，流经Ri的电流为0.1mA），万用表的内阻为iiRRk1001010015；由图可得管子两端的电压V和电流I之间有如下关系：R10档时，内阻iR10150；iV.IR.I111011515150R100档时，内阻iR1001500；iV.IR.I22100215151500Rk1档时，内阻iRk10015；ikV.IR.I3313151515000从伏安特性图上可以看出，用R10档测量时，万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为A，万用表的读数为V1/I1。用R100档测量时，万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为B，万用表的读数为V2/I2。用Rk1档测量时，万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为C，万用表的读数为V3/I3。由图中可以得出VVVIII312123所以，85为万用表10R档测出的；680为万用表100R档测出的；k4为万用表kR1档测出的。2.1.6电路如题图2.1.6所示，已知vi＝6sinωt(v)，试画出vi与vo的波形，并标出幅