2章-常用半导体器件及应用题解

精选第二章常用半导体器件及应用一、习题2.1填空1.半导材料有三个特性，它们是、、。2.在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。3.二极管的主要特性是。4．在常温下，硅二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V；锗二极管的门限电压约为V，导通后的正向压降约为V。5．在常温下，发光二极管的正向导通电压约为V，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mA。6.晶体管(BJT)是一种控制器件；场效应管是一种控制器件。7.晶体管按结构分有和两种类型。8.晶体管按材料分有和两种类型。9.NPN和PNP晶体管的主要区别是电压和电流的不同。10.晶体管实现放大作用的外部条件是发射结、集电结。11.从晶体管的输出特性曲线来看，它的三个工作区域分别是、、。12.晶体管放大电路有三种组态、、。13.有两个放大倍数相同，输入电阻和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。在负载开路的条件下，测得A放大器的输出电压小，这说明A的输入电阻。14．三极管的交流等效输入电阻随变化。15．共集电极放大电路的输入电阻很，输出电阻很。16．射极跟随器的三个主要特点是、、。17．放大器的静态工作点由它的决定，而放大器的增益、输入电阻、输出电阻等由它的决定。18．图解法适合于，而等效电路法则适合于。19．在单级共射极放大电路中，如果输入为正弦波，用示波器观察uo和ui的波形的相位关系为；当为共集电极电路时，则uo和ui的相位关系为。20.在NPN共射极放大电路中，其输出电压的波形底部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)，若输出电压的波形顶部被削掉，称为失真，原因是Q点(太高或太低)。如果其输出电压的波形顶部底都被削掉，原因是。21．某三极管处于放大状态，三个电极A、B、C的电位分别为9V、2V和1.4V，则该三极管属于型，由半导体材料制成。22．在题图P2.1电路中，某一元件参数变化时，将UCEQ的变化情况(增加；减小；不变)填入相应的空格内。(1)Rb增加时，UCEQ将。(2)Rc减小时，UCEQ将。(3)Rc增加时，UCEQ将。(4)Rs增加时，UCEQ将。(5)β增加时(换管子)，UCEQ将。精选us+C1TRsRLRcRbC2+++uo+VCC－－23．为了使结型场效应管正常工作，栅源间PN结必须加电压来改变导电沟道的宽度，它的输入电阻比双极性晶体管的输入电阻。24．由于晶体三极管，所以将它称为双极型器件，由于场效应管，所以将其称为单极型器件。25．对于耗尽型MOS管，UGS可以为。对于增强型N沟道MOS管，UGS只能为，并且只有当UGS时，才能形有id。26．场效应管与三极管相比较，其输入电阻、噪声、温度稳定性、放大能力。27.场效应管放大器常用偏置电路一般有和两种类型。28.低频跨导gm反映了场效应管对控制能力，其单位为。解：（1）热敏、光敏、掺杂特性。（2）五价、三价。（3）单向导电性。（4）0.5、0.7、0.1、0.2。（5）1-2.5。（6）电流型、电压型。（7）NPN、PNP。（8）锗、硅。（9）极性和方向。（10）正偏、反偏。（11）截止区、放大区、饱和区。（12）共射极、共基极、共集电极。（13）小。（14）静态工作点。（15）高（大）、低（小）。（16）输入与输出同相、电压放大倍数约等于1、输入电阻大且输出电阻小。（17）直流通路、交流通路。（18）分析各点的电流、电压波形和非线性失真情况，一般用于大信号放大电路；适宜于求解动态参数，一般用于小信号放大器分析。（19）反相、相同。（20）饱和、太高；截止、太低；输入信号过大。（21）NPN、硅。（22）增加、增加、减小、不变、减小。题图P2.1精选（23）反偏、高。（24）通过空穴和自由电子两种载流子参与导电，只靠一种载流子（多子）参与导电。（25）为正为负或者为零；为正；UGS(th)。（26）高、低、好、弱。（27）自给式、分压式。（28）UGS、ID、西门子（ms）。2.2选择题1．二极管加正向电压时，其正向电流是由()。(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，但小于击穿电压时，()。(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()。(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．变容二极管在电路中使用时，其PN结应()。(A)正偏(B)反偏答：1、A2、C3、D4、B2.3写出题图P2.2所示各电路的输出电压值。(设二极管均为理想二极管)解：（a）3V（b）0V（c）-3V（d）3V。2.4重复题2.3，设二极管均为恒压降模型，且导通电压Uon=0.7V。3VDR3VDRR3V3VUO1UO2UO3+++−−−R3V3VUO4+−（a）(b)(c)(d)题图P2.2解：（a）2.3V（b）0V（c）-2.3V（d）3V。2.5.题图P2.3中的二极管均为理想二极管，试判断其中二极管的工作状态(是导通还是截止)，并求出UO。D1KΩ+++++−−−−−+−5V1KΩ1KΩ5V5V6V10V8VUOUO1(a)UO3UO2+++−−−(b)(c)D1D2D1D2解：（a）导通、-5V（b）D1与D2均截止、-6V（c）D2导通、D1截止、5V。2.6电路如题图P2.4所示，已知ui=5sinωt(V),，试画出uo的波形，并标出幅值，分别使用二极管理想模型和恒压降模型(UD=0.7V)。题图P2.3精选DRuo+−+−uiD2D1R2V2V++−−uoui(a)(b)解：t5V0-5Vt0iuo5V(a)理想模型t5V0-5Vt0iuo4.3V(a)恒压降模型t5V0-5Vt0iuo2V(b)理想模型-2Vt5V0-5Vt0iuo2.7V(b)恒压降模型-2.7V2.7电路如题图P2.5(a)所示，ui如图(b)所示，试画出uo波形。uiuo++−−D1D4D3D2uit100V0−100V(b)(a)R解：因为输入电压高，应采用理想模型，输出波形如右图。100V0uo2.8电路如题图P2.6所示，分别用理想二极管和恒压降模型(UD=0.7V)计算以下几种情况的UO值。⑴A=0V；B=0V⑵A=0V；B=5V⑶A=5V；B=5V⑷A=1V；B=2V题图P2.4题图P2.5精选BA+5V1KΩUOD1D2解：A、用理想模型（1）0V（2）0（3）5V（4）1VB、用恒压降模型（1）0.7V（2）0.7V（3）5V（4）1.7V。2.9电路如题图P2.7所示，要求负载RL电压UL保持在12V，负载电流可在10~40mA范围内变化。已知稳压二极管UZ=12V、IZmin=5mA、IZmax=50mA，试确定R取值范围。RLDZR++−−Ui=16VUL解：UR=UI-UL≈4V。在负载电流最小时，流过DZ电流为最大，此时应IRL≤60mA；在负载电流最大时，流过DZ电流为最小，此时应IRL≥45mA；所以440.060.045R，即66.6788.89R。2.10发光二极管驱动电路如题图P2.8所示，已知发光二极管的正向导通压降UF=1.6V，工作电流为5~10mA。为使发光二极管正常工作，试确定限流电阻R的取值范围。R5VD解：二极管工作电流ID=F5UR，故FF550.010.005UUR，即340680R。2.11试画出使用共阴极七段数码管显示字符“5”的电路连接图。答：电路如右，R为限流电阻。DPgfedcbaRRRRR+VCCGND2.12已知放大电路中一只N沟道增强型MOS场效应管三个极①、②、③的电位分别为3V、6V、9V，场效应管工作在恒流区。试说明①、②、③与g、s、d的对应关系。解：①为s、②为g、③为d。题图P2.6题图P2.7题图P2.8精选2.13一个结型场效应管的转移特性曲线如题图P2.9所示。⑴试判断它是什么沟道的场效应管？⑵UGS(off)、IDSS各为多少？答：（1）为N沟道。（2）UGS(off)=-0.5V、IDSS=4mA2.14已知场效应管的输出特性曲线如题图P2.10所示，试画出该管在恒流区UDS=6V的转移特性曲线。iD/mAuGS/V00.10.50.40.30.24321uDS/V121086422468iD/mA0uGS=0.10−0.6−0.4−0.2解：其转移特性曲线如下图iD/mAuGS/V0-0.1-0.5-0.4-0.3-0.28642uDS/V121086422468iD/mA0uGS=0.10−0.6−0.4−0.2-0.60.1uDS=6V2.15判断题（1）下面给出几组三极管处于放大状态的各管脚的电位，试判断晶体管的类型及材料⑴2.6V，2V，5V⑵－5V，－5.7V，－10V⑶2.5V，2.3V，8V⑷1V，0.3V，10V⑸8V，7.3V，3V解：放大状态下NPN管E、B、C之间的电位关系是VCVBVE，且BEU≈0.7V是硅管、BEU≈0.2V是锗管；PNP管E、B、C之间的电位关系是VEVBVC，且BEU≈0.7V是硅管、BEU≈0.2V是锗管。故（1）分别为B、E、C，且为NPN硅管。（2）分别为E、B、C，且为PNP硅管。（3）分别为B、E、C，且为NPN锗管。（4）分别为B、E、C，且为NPN硅管。（5）分别为E、B、C，且为PNP硅管。（2）判断题图P2.11所示电路中的晶体管，分别处于什么工作状态或是否已损坏？题图P2.9题图P2.10精选2V2.3V2.5V3V11.5V0V0V5V1.4V0V2V2.3V2V5V0V解：第一只为放大状态。满足发射结正偏、集电结反偏。第二只为截止状态。因为发射结零偏置。第三只为饱和状态。因为发射结和集电结均正偏。第四只为截止状态。因为发射结反偏。第五只为损坏。因BEU=2V0.7V。（3）判断题图P2.12所示电路对正弦信号是否有放大作用？如果没有放大作用，则说明原因并改正电路(设电容对交流视为短路)。(a)ui+VCCRCTRLRc++−−uoui+VCCR1CTRLRc++−−uoVBBR2uiR1CTRLR2++−−uo+VCCuiR1CTRLR2++−−uo+VCCRc(d)(c)(b)解：（a）不能放大，缺少基极正偏电阻，改正如下图（a）。（b）也不能放大，输入信号被VBB吸收而不能加到发射结上，改正如下图（b）。（c）不能放大，缺少集电极回路电阻，改正如下图（c）。（d）不能放大，缺少基极偏置电流，改正如下图（d）。题图P2.11题图P2.12精选(a)ui+VCCRCTRLRc++−−uoui+VCCR1CTRLRc++−−uoVBBR2uiR1CTRLR2++−−uo+VCCuiR1CTRLR2++−−uo+VCCRc(d)(c)(b)RbRC（4）在题图P2.13所示电路中，用直流电压表测出UCE≈0，有可能是因为（）；若UCE≈12V，有可能是因为（）。①Rb开路②Rc开路③Rb短路④Rc短路⑤β过大⑥β过小答：②、①或④（5）题图P2.14所示为放大电路的直流通路，晶体管均为硅管，判断各晶体管工作在哪个区(放大区、截止区、饱和区)。TC1+12VRLRb330KΩuouiC2Rc3KΩ++++−−1KΩ3KΩ20KΩ100KΩ2KΩ10KΩ51KΩ+12V+12Vβ=100β=100(a)(b)题图P2.13题图P2.14解：（a）该放大晶体管中CCBQBBQE0.7(1)VIRIR，故BQI≈55uA。设晶体管处于放大状态，则CQBQ5.46mAII，UCEQ≈12-5.46×（10+2）=-53.52V，由此可见该晶体管集电结已经正偏，上述假设不成立，管子实际处于深度饱和状态。（b）B20122V10020U，故CQEQ20.70.65mA2II，CEQ120.65(31)=9.4VU，显然该晶