第01章 常用半导体器件题解

第一章 常用半导体器件

自 测 题

一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）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。（ ）

（2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。（ ） （3）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。（ ）

（4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。 （ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其RGS大的特点。（ ）

（6）若耗尽型N沟道MOS管的UGS大于零，则其输入电阻会明显变小。（ ）

解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）×

二、选择正确答案填入空内。

（1）PN结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是 。 A. ISeU B. ISeUUT C. IS(eUUT－1)

（3）稳压管的稳压区是其工作在 。

A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿

（4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏

（5）UGS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 。 A. 结型管 B. 增强型MOS管 C. 耗尽型MOS管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C

第一章题解－1

三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD＝0.7V。

1.3V 0V -1.3V

2V

图T1.3

1.3V -2V

解：UO1≈1.3V，UO2＝0，UO3≈－1.3V，UO4≈2V，UO5≈1.3V， UO6≈－2V。

四、已知稳压管的稳压值UZ＝6V，稳定电流的最小值IZmin＝5mA。求图T1.4所示电路中UO1和UO2各为多少伏。

8mA

→

↓ 5mA ↓ 3mA

6V 止 5V

不接DZ时UO1 = 8V 图T1.4

解：UO1＝6V，UO2＝5V。

五、某晶体管的输出特性曲线如图T1.5所示，其集电极最大耗散功率PCM＝200mW，试画出它的过损耗区。

图T1.5 解图T1.5

第一章题解－2

解：根据PCM＝200mW可得：UCE＝40V时IC＝5mA，UCE＝30V时IC≈6.67mA，UCE＝20V时IC＝10mA，UCE＝10V时IC＝20mA，将各点连接成曲线，即为临界过损耗线，临界过损耗线的左边为过损耗区。如解图T1.5。

六、电路如图T1.6所示，VCC＝15V，β＝100，UBE＝0.7V。试问： （1）Rb＝50kΩ时，uO＝？ （2）若T临界饱和，则Rb≈？ 解：（1）Rb＝50kΩ时，基极电流、集电极电流和管压降分别为

IB?VBB?UBE?26μA

Rb

IC?? IB?2.6mAUCE?VCC?ICRC?2V

所以输出电压UO＝UCE＝2V。 图T1.6 （2）设临界饱和时UCES＝UBE＝0.7V，所以

IC? IB?VCC?UCES?2.86mARcIC??28.6?A

Rb?VBB?UBE?45.4k?IB 七．测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位如表T1.7所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。

表T1.7

管 号 T1 T2 T3 UGS（th）/V 4 －4 －4 US/V －5 3 6 UG/V 1 3 0 UD/V 3 10 5 工作状态 解：因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型MOS管。根据表中所示各极电位可判断出它们各自的工作状态，如解表T1.7所示。

解表T1.7

管 号 T1 T2 T3

UGS（th）/V 4 －4 －4 US/V －5 3 6 UG/V 1 3 0 UD/V 3 10 5 工作状态 恒流区 截止区 可变电阻区 第一章题解－3

习 题

1.1 选择合适答案填入空内。

（1）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。

A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小

（3）工作在放大区的某三极管，如果当IB从12μA增大到22μA时，IC从1mA变为2mA，那么它的β约为 。

A. 83 B. 91 C. 100

（4）当场效应管的漏极直流电流ID从2mA变为4mA时，它的低频跨导gm将 。

A.增大 B.不变 C.减小 解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A

1.2 能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？ 解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V时，管子会因电流过大而烧坏。

1.3 电路如图P1.3所示，已知ui＝10sinωt(v)，试画出ui与uO的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。

图P1.3

解图P1.3

解：ui和uo的波形如解图P1.3所示。

1.4 电路如图P1.4所示，已知ui＝5sinωt (V)，二极管正向压降UD＝0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。

第一章题解－4

限幅二极管

图P1.4

解：波形如解图P1.4所示。

1.5 电路如图P1.5（a）所示，其输入电压uI1和uI2的波形如图（b）所示，二极管导通电压UD＝0.7V。试画出输出电压uO的波形，并标出幅值。

3V

1V

0.3V

图P1.5

解图P1.5

第一章题解－5

1.6 电路如图P1.6所示，二极管导通电压UD＝0.7V，常温下UT≈26mV，电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10mV。 试问二极管中流过的交流电流有效值为多少？

解：二极管的直流电流

ID＝（V－UD）/R＝2.6mA

其动态电阻 rD≈UT/ID＝10Ω 故动态电流有效值

Id＝Ui/rD≈1mA 图P1.6

1.7 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：

（1）若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？ （2）若将它们并联相接，则又可得到几种稳压值？各为多少？ 解：（1）两只稳压管串联时可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四种稳压值。

（2）两只稳压管并联时可得0.7V和6V等两种稳压值。

1.8 已知稳压管的稳定电压UZ＝6V，稳定电流的最小值IZmin＝5mA，最大功耗PZM＝150mW。试求图P1.8所示电路中电阻R的取值范围。 解：稳压管的最大稳定电流 IZM＝PZM/UZ＝25mA

电阻R的电流为IZM～IZmin，所以其取值范围为 R?UI?UZ?0.36～1.8k? IZ图P1.8

1.9 已知图P1.9所示电路中稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝25mA。 （1）分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值；

（2）若UI＝35V时负载开路，则会出现什么现象?为什么？

图P1.9

第一章题解－6

解：（1）当UI＝10V时，若UO＝UZ＝6V，则稳压管的电流为4mA，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故 UO?

RL?UI?3.33V

R?RL 当UI＝15V时，稳压管中的电流大于最 小稳定电流IZmin，所以

UO＝UZ＝6V

同理，当UI＝35V时，UO＝UZ＝6V。

（2）IDZ?(UI?UZ)R?29mA＞IZM＝25mA，稳压管将因功耗过大而损坏。

1.10 在图P1.10所示电路中，发光二极管导通电压UD＝1.5V，正向电流在5～15mA时才能正常工作。试问： （1）开关S在什么位置时发光二极管才能发光？ （2）R的取值范围是多少？ 解：（1）S闭合。

（2）R的范围为

Rmin?(V?UD)IDmax?233?Rmax?(V?UD)IDmin

?700?。图P1.10

1.11 电路如图P1.11（a）、（b）所示，稳压管的稳定电压UZ＝3V，R的取值合适，uI的波形如图（c）所示。试分别画出uO1和uO2的波形。

图P1.11

解：波形如解图P1.11所示

解图P1.11

第一章题解－7

1.12 在温度20℃时某晶体管的ICBO＝2μA，试问温度是60℃时 ICBO≈？

5 解：60℃时ICBO≈ICBO＝32μA。 （T＝20?C） 1.13 有两只晶体管，一只的β＝200，ICEO＝200μA；另一只的β＝100，ICEO＝10μA，其它参数大致相同。你认为应选用哪只管子？为什么？ 解：选用β＝100、ICBO＝10μA的管子，因其β适中、ICEO较小，因而温度稳定性较另一只管子好。

1.14已知两只晶体管的电流放大系数β分别为50和100，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图P1.14所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。

图P1.14

解：答案如解图P1.14所示。

解图P1.14

第一章题解－8

1.15测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.15所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。

图P1.15

解：晶体管三个极分别为上、中、下管脚，答案如解表P1.15所示。

管号 上 中 下 管型 材料

1.16 电路如图P1.16所示，晶体管导通时UBE＝0.7V，β=50。试分析VBB为0V、1V、1.5V三种情况下T的工作状态及输出电压uO的值。 解：（1）当VBB＝0时，T截止，uO＝12V。 （2）当VBB＝1V时，因为 IBQ?

T1 e b c PNP Si 解表P1.15 T2 T3 T4 c e b b b e e c c NPN NPN PNP Si Si Ge T5 c e b PNP Ge T6 b e c NPN Ge VBB?UBEQRb?60μA

ICQ?? IBQ?3mAuO?VCC?ICQRC?9V所以T处于放大状态。 （3）当VBB＝3V时，因为 IBQ?

VBB?UBEQRb?160μA

图P1.16

第一章题解－9

ICQ?? IBQ?8mAuO?VCC?ICQRC＜UBE

所以T处于饱和状态。

1.17 电路如图P1.17所示，试问β大于多少时晶体管临界饱和？

解：UCES＝UBE时，晶体管临界饱和。

饱和时 ? IB ? IC : VCC?UBEVCC?UCES ??? ?? RC?RbRbRCI B

所以，??Rb?100时，晶体管饱和。 RC+ UBE

-

I C + UCES -

临界饱和：Si管：UCES = UBE ≈ 0.7V；Ge管：0.2V； 图P1.17 深饱和：Si管：UCES ≈ 0.3V； Ge管：0.1V；

1.18 电路如图P1.18所示，晶体管的β＝50，|UBE|＝0.2V，饱和管压降|UCES|＝0.1V；稳压管的稳定电压UZ＝5V，正向导通电压UD＝0.5V。试问：当uI＝0V时uO＝？当uI＝－5V时uO＝？ 解：当uI＝0时，晶体管截止，稳压管击穿，uO＝－UZ＝－5V。

当uI＝－5V时，晶体管饱和，uO＝0.1V。因为

IB?uI?UBE?480μARb

IC??IB?24mA UEC?VCC?ICRC＜VCC

图P1.18

第一章题解－10

1.19 分别判断图P1.19所示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。

否

否

图P1.19

解：（a）可能 （b）可能 （c）不能

（d）不能，T的发射结会因电流过大而损坏。 （e）可能 1.20 已知某结型场效应管的IDSS＝2mA，UGS（off）＝－4V，试画出它的转移特性曲线和输出特性曲线，并近似画出予夹断轨迹。 解：根据方程 ID?IDSS(1?UGS2) 逐点求出确定的uGS下的iD，可近似UGS(th)画出转移特性和输出特性；在输出特性中，将各条曲线上uGD＝UGS（off）的点连接起来，便为予夹断线；如解图P1.20所示。

解图P1.20

第一章题解－11

1.21 已知放大电路中一只N沟道场效应管三个极①、②、③的电位分别为4V、8V、12V，管子工作在恒流区。试判断它可能是哪种管子（结型管、MOS管、增强型、耗尽型），并说明 ①、②、③与G、S、D的对应关系。 解：管子可能是增强型管、耗尽型管和结型管，三个极①、②、③与G、S、D的对应关系如解图P1.21所示。

解图P1.21

1.22 已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。

图P1.22

解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a）所示〕，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及UGS值，建立iD＝f（uGS）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如解图P1.22（b）所示。

解图P1.22

第一章题解－12

1.23 电路如图1.23所示，T的输出特性如图P1.22所示，分析当uI＝4V、8V、12V三种情况下场效应管分别工作在什么区域。

I = DO

=2VT

=VT

图P1.23 DC Load Line: Vcc = IDQ·Rd + VDSQ

解：根据图P1.22所示T的输出特性可知，其开启电压为5V，根据图P1.23所示电路可知所以uGS＝uI。

当uI＝4V时，uGS小于开启电压，故T截止。

当uI＝8V时，设T工作在恒流区，根据输出特性可知iD≈0.6mA， 管压降: uDS≈VDD－iDRd≈10V

因此，uGD＝uGS－uDS≈－2V，小于开启电压，说明假设成立，即T工作在恒流区。

当uI＝12V时，由于VDD ＝12V，必然使T工作在可变电阻区。

1.24 分别判断图P1.24所示各电路中的场效应管是否有可能工作在恒流区。

图P1.24

解： （a）可能 （b）不能 （c）不能 （d）可能

第一章题解－13

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