电子技术习题答案

第1章 半导体晶体管和场效应管

一 、重点和难点

1. 半导体材料的导电特性

半导体材料的导电特点决定了半导体器件的特点和应用场合，因此透彻的了解半导体的导电特点是学习电子技术的基础，也是本章的重点之一。

2. PN结的单向导电性

所有的半导体器件都是由一个或者多个PN结组合而成的，深刻理解PN结的单向导电性的特点是本章的重点。

3. 二极管的参数

二极管的参数中，有表示极限的参数，有表示优劣的参数，同时有直流参数，又有交流参数，有建立在时间积累效应基础上的电流参数，还有建立在雪崩效应和隧道效应基础上的瞬时电压参数，正确的理解二极管的参数是应用的前提和基础，掌握每个参数的意义是本章的重点，也是本章的难点，

4. 二极管的应用

二极管的主要利用其单向导电性可以用来构成各种电路，二极管的应用是本章的重点。 5. 三极管的结构

三极管的是由两个相互关联的PN结构成的，三极管由于其内部载流子的运动规律难于形象描述而成为本章的难点。

6. 三极管的特性

三极管不论输入还是输出都是非线性的，故此其为本章的难点，由于了解管子的特性是对于管子应用的基础和前提，因此正确理解输入电流对输出电流的控制也是本章的重点。 7. 三极管的应用

三极管在日常生活中有着非常广泛的应用，模拟电子中主要用其放大作用，数字电子中主要用其开关作用。学习的目的主要是为了应用，因此是本章的重点。

二、学习方法指导

1.半导体材料的导电特性

半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电特性包括：对温度反映灵敏(热敏性) ，杂质的影响显著(掺杂性) ，光照可以改变电阻率(光敏性)。

2.自由电子和空穴

当一部分价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下相应的空位，这个空位被称为空穴。原子因失去一个价电子而带正电，也可以说空穴带正电。在本征半导体

中，电子与空穴总是成对出现的，它们被称为电子空穴对。如果在本征半导体两端加上外电场，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子将产生定向移动，形成电子电流；一是由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，亦即空穴也会产生定向移动，形成空穴电流。所以说，半导体中同时存在着两种载流子(运载电荷的粒子为载流子)——电子和空穴，这是半导体导电的特殊性质，也是半导体与金属在导电机理上的本质区别。 3. PN结及其单向导电性

若在纯净的硅晶体中掺入微量的五价元素(如磷)，磷原子与硅原子组成共价键结构只需四个价电子，而磷原子的最外层有五个价电子，多余的那个价电子不受共价键束缚，只需获得很少的能量就能成为自由电子。自由电子是多数载流子(简称多子)，空穴是少数载流子(简称少子)，自由电子导电为主要导电方式的杂质半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。在纯净的硅(或锗)晶体内掺入微量的三价元素硼(或铟)，当它与周围的硅原子组成共价键结构时，会因缺少一个电子而在晶体中产生一个空穴，掺入多少三价元素的杂质原子，就会产生多少空穴。因此，这种半导体将以空穴导电为其主要导体方式，称为空穴型半导体，简称P型半导体。

在一块硅或锗的晶片上，采取不同的掺杂工艺，分别形成N型半导体区和P型半导体区。在他们的交界面附近就会形成一个空间电荷区，这个空间电荷区就是PN结。若在PN结两端外加电压，将会破坏PN结原有的平衡。加正向电压时，P区接电源正极，N区接电源负极，由于外电场的方向与内电场的方向相反，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多数载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。因此，加正向电压时，PN结呈低电阻而处于导通状态。若外接电压方向相反N区接电源正极，P区接电源负极，则外电场方向与内电场方向一致，空间电荷区变宽，PN结呈高阻状态而处于反向截止。

4. 二极管的参数及应用

将PN结的两端加上电极引线并用外壳封装，就组成了一只晶体二极管。二极管IOM是二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。URM是为了防止二极管反向击穿而规定的最高反向工作电压。一定要在极限参数允许的范围内工作，否则会损坏管子。

利用二极管的单向导电性可以用来构成整流，限幅，检波，保护，开关等电路。 5.特殊二极管

稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管，反向击穿是稳压管的正常工作状态，稳压管就工作在反向击穿区。

发光二极管也具有单向导电性。发光二极管的发光颜色取决于所用材料，目前有红、绿、黄、橙等色。

光电二极管的结构与普通二极管类似，使用时光电二极管PN结工作在反向偏置状态，在光的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升（这时的反向电流叫做光电流），所以，光电二极管是一种将光信号转为电信号的半导体器件。

6.晶体管的结构

目前使用的晶体管有PNP型和NPN型两种，他们在结构上都有三个区——发射区、基区和集电区，两个PN结——发射结和集电结组成。由三个区分别引出的三根电极分别称为发射极E、基极B和集电极C。为了使晶体管具有电流放大作用，在其内部结构上还必须满足两个条件：①发射区的掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度较低，基区掺杂浓度最低；②基区做得很薄。

晶体管可以工作在输出特性曲线的三个区域内，晶体管工作在放大区的主要特征是：发射结正向偏置，集电结反向偏置，IC与IB间具有线性关系，即IC=βIB。晶体管工作在截止区

的主要特征是：IB=0，IC= 0，相当于晶体管的三个极之间都处于断开状态。晶体管工作在饱和区的主要特征是：UCE

7.晶体管和场效应管的比较

双极型三极管（简称BJT）又称晶体三极管，它工作时有空穴和自由电子两种载流子参与导电，而单极型三极管又称场效应管（简称FET），工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电。

晶体管属于电流控制型器件，而场效应管属于电压控制型器件。

三、习题辅导

1-1 说明下列各组名词的含义，指出它们的特点和区别： ⑴自由电子、价电子、空穴、正离子和负离子；

答：自由电子是不受到原子核和共价键束缚的电子，可以自由的运动，而价电子则仍然受到原子核和共价键的双重束缚，不能自由移动，当价电子逃逸后，在原来的位置就会留下一个空穴，正离子和负离子是原子得到和失去电子后的不能移动的原子核。

⑵本征半导体导电和杂质半导体导电；

本征半导体中，自由电子和空穴数目相同，导电能力较弱，主要由温度决定，而杂质半导体中，导电能力较强，主要由掺杂浓度决定。

⑶扩散电流和漂流电流。

当外加电场时，多数载流子和少数载流子都会受到电场力的作用而形成定向运动，多数载流子的扩散运动形成的电流称为扩散电流，少数载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流。

1-2 PN结为什么具有单向导电性？在什么条件下，单向导电性被破坏？ 若在PN结两端外加电压，将会破坏PN结原有的平衡。加正向电压时，P区接电源正极，N区接电源负极，由于外电场的方向与内电场的方向相反，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多数载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。因此，加正向电压时，PN结呈低电阻而处于导通状态。若外接电压方向相反N区接电源正极，P区接电源负极，则外电场方向与内电场方向一致，空间电荷区变宽，PN结呈高阻状态而处于反向截止。当外加正向电流或者反向电压过大时，管子会被损坏从而其单向导电性被破坏。

1-3二极管电路如图1-001所示，判断图中的二极管是导通还是截止，并求出A、O两端的电压UAO。

图14-001 习题14-3的图

(a) D导通。 UAO=-6V；(b) D截止。 UAO=-12V；

(c) D1截止，D2 导通。 UAO=0V；(d) D1导通，D2截止。UAO=-15V

1-4试计算电路图1-002中电流I1、I2的值。（设D为理想元件）

图1-002 习题1-4的图

二极管D1导通，电流为15/5=3mA，二极管D2不导通，电流为0。

1-5在图1-003所示电路中，设Ui=6sinωt(V) ,已知UD为0.7V，画出UO波形。

图1-003 习题1-5的图 图1-004 习题1-6的图

输入电压为正时，两管均导通，输出电压为0，输入电压为负时，管子不导通，输出电压等于输入电压，此即单相半波整流电路。

1-6电路如图1-004所示，E=20V，R1=0.8KΩ，R2=10KΩ，稳压管DZ稳定电压UZ=10V，最大稳定电流IZM=8mA。试求稳压管中通过电流IZ是否超过IZM？如果超过，应采取什么措施？

本题中稳压管处于反向击穿区，因此R2两端的电压等于稳压管的稳定电压10v，电流

为1mA，R1两端电压为20-10=10v，电流为10/0.8=12.5mA，因此稳压管上电流为11.5mA, 超过IZM。若要降低稳压管上电流，可增加R2上电流，或者降低R1上的电流，可采取的措施有：降低R2阻值，增加R1的阻值。

1-7用万用表直流电压档测得电路中的三极管三个电极对地电位为图1-005所示，试判断三极管的工作状态。

图1-005 习题1-7的图

(a) 放大状态；(b) 截止状态；(c) 饱和状态

1-8有两个三极管，一个管子的β=150，ICEO=180μA，另一个管子的β=150，ICEO=210μA，其它的参数一样，你选择哪一个管子？为什么？

选第一种管子，因为ICBO越小，管子的工作性能越稳定。

1-9某三极管的PCM=100mW，ICM=20mA，UCEO=15V，问在下列几种情况下，哪种情况能正常工作？ ⑴UCE=3.1V，IC=10mA； ⑵UCE=2V，IC=40mA； ⑶UCE=6V，IC=20mA；

⑴能正常工作，2，3的集电极电流过大，3的耗散功率过大

1-10测得三个硅材料NPN型三极管的极间电压UBE和UCE分别如下，试问：它们各处于什么状态？ ⑴UBE=-6V，UCE=5V； ⑵UBE=0.7V，UCE=0.5V； ⑶UBE=0.7V，UCE=5V； (1) 截止状态；(2) 饱和导通状态；(3) 放大状态

1-11测得三个锗材料PNP型三极管的极间电压UBE和UCE分别如下，试问：它们各处于什么状态？ ⑴UBE=-0.2V，UCE=-3V； ⑵UBE=-0.2V，UCE=-0.1V； ⑶UBE=5V，UCE=-3V；

(1) 放大状态；(2) 饱和导通状态；(3) 截止状态

1-12在晶体管放大电路中，当IB=10μA时，IC=1.1mA，当IB=20μA时，IC=2mA，求晶体管电流放大系数β，集电极反向饱和电流ICBO及集电极反向截止电流ICEO。

由公式IC=β（IB+ ICBO）和ICEO=（β+1）ICBO可得： β=90，ICBO=2μA，ICEO=182μA

1-13场效应管的工作原理和晶体管有什么不同？为什么场效应管具有很高的电阻？

场效应管利用的是电场效应的原理，其输入电流为零，输入电阻很大。

1-14 N沟道场效应管的漏极电流ID是由什么载流子的漂移形成的？

自由电子

1-15试判断图1-006所示的特性曲线，指出它们所代表的管子的类别。

图1-006 习题1-15的图

(a) P沟道耗尽型；(b) N沟道增强型

2-6 电路如图2-005所示，晶体管的?＝60，rbb'=100 Ω。（1）求电路的Q点、Au、ri和ro；（2）

26(mV)rbe= rbb'+(1+?)IE(mA) 设U＝10 mV（有效值），试求U、U分别为多少？若C开路，则U、U又为多少？

S

i

o

3

i

o

图2-005 习题2-6的图

解：静态分析

由公式UCC=IB*RB+（1+β）IB*RE 可得 IB=33μА IC=βIB=2mA

UCE=UCC-IC（RC+RE）=4V 动态分析

（该放大电路旁路电容开路和不开路时的微变等效电路可分别参考图2-15和图2-16）

rbe= rbb'+(1+?)26(mV)IE(mA)≈900Ω

??RC//RLRL=1.5 KΩ

当旁路电容C3不开路时，

Au??β?RL1.2??40???51rbe-60*15/9=-100 0.946ri≈rbe=900Ω

ro=RC=3KΩ

Ui=US* ri/（RS+ ri）=3.1mV Uo= Ui*Au=0.3V

当旁路电容C3开路时， Au?UO??Ui=-1.45

?? β?RLrbe?(1??)RE

≈51 KΩ

Ui=US* ri/（RS+ ri）=9.6mV Uo= Ui*Au=14 mV

2-7 电路如图2-006所示，已知三极管的β =100，UBE=-0.7V。 （1）试计算该电路的Q点； （2）画出微变等效电路；

（3）求该电路的电压增益Au，输入电阻ri，输出电阻ro。 （4）若uo中的交流成分出现如图2-54右半部分所示的失真现象，请问，它是截止失真还是饱和失真？为消除此失真，应调节电路中的哪个元件，如何调整？

图2-006 习题2-7的图

解：（1）

U?UBEUCCIB?CC?RBRB

=40μА

IC=βIB=4mA， UCE=UCC－ICRC=4V

（2）微变等效电路如下图所示：

26 mV26 rbe?300?(1??)?300?(1?37.5)?0.967 kΩIE mA1.5（3）956Ω

R?2Au??βL??37.5???77.6rbe0.967

=-133

ri≈rbe=956Ω ro=RC=2KΩ

（4）右图出现的失真为饱和失真，是由静态工作点过高引起的，应当适当降低静态工作点。

2-8 电压放大倍数是放大电路的一个重要性能指标，是否可以通过选用电流放大系数β较高的三极管来获得较高的电压放大倍数？如果增大三极管的静态工作电流，能否提高电压放大倍数？

解：可以通过适当提高放大系数来提高放大倍数，但是放大系数过高会带来较大的误差。静态工作点的提高不能提高电路的电压放大倍数。

2-9 放大电路如图2-007所示，已知晶体管的β =100，RC=2.4 k?,RE=1.5 k?,UCC=12 V，忽略UBE。若要使UCE的静态值达到4.2 V，估算RB1，RB2的阻值。

解：IC=（12-4.2）/（2.4+1.5）=2mA， VB≈IC*RE=3V，

可取RB1，RB2的值为30 KΩ和10 KΩ

2-10 图2-008是集电极-基极偏置放大电路。（1）试说明其稳定静态工作点的物理过程。（2）设UCC =20 V，RB= 330 k?，RC =10 k?，β=50，试求其静态值。

图2-007 习题2-9的图 图2-008 习题2-10的图

解：（1） IB↑→IC↑→UC↓→UCB↓→IB↓反之亦然 （2）由UCC=（1+β）IB*RC+IB*RB 可得： IB=24μА

UCE≈IB*RB=8V

2-11 在图2-009所示的分压式偏置放大电路中，已知：UCC =12 V，RC=3.3 k?，RB1=33 k?，RB2=10 k?，RE1 =200 ?，RE2 =1.3 k?，RL=5.1k ?，RS=600 ?，晶体管为PNP型锗管。试计算该电路：

（1）β =50 时的静态值、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻； （2）换用β =100 的晶体管后的静态值和电压放大倍数。

解：本题略，可见教材28页例2-3，带入数值即可。

(a) 分压式偏置电路 (b) 微变等效电路

图2-009 习题2-11的图

2-12 在图2-010所示电路中，设晶体管的?=100，rbe=1k?，静态时UCE=5.5 V。试求：(1) 输入电阻ri；(2) 若RS=3 kΩ，求Aus、ro；(3) 若RS=30 kΩ，求Aus、ro；(4) 将上述(1)、(2)、(3)的结果对比，说明射极输出器有什么特点？

解：本题略，可见教材31页例2-4，带入数值即可。

2-13 两级阻容耦合放大电路如图2-011所示，晶体管的?均为50，UBE=0.6 V，要求：(1) 用估算法计算第二级的静态工作点；(2) 画出该两级放大电路的微变等效电路；(3) 写出整个电路的电压放大倍数

Au，输入电阻ri和输出电阻ro的表达式。

图2-010 习题2-12的图 图2-011 习题2-13的图

解：本题略，分析思路：阻容耦合的放大电路，前后级可分别独立分析，分析过程分别见习题2-7，2-11，放大倍数为两级放大倍数的乘积，输入电阻为第一级的输入电阻，输出电阻为第二级的输出电阻。

2-14 如图2-012所示的各电路的静态工作点均合适，分 别画出它们的交流等效电路，并计算放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro的表达式。

图2-012 习题2-14的图

2-15 电路如图2-013所示。已知电压放大倍数为-100，输入电压ui为正弦波，T2和T3管的饱和压降｜UCES｜=1 V。试问：

(1) 在不失真的情况下，输入电压最大有效值Uimax为多少？

(2) 若Ui＝10 mV(有效值)，则Uo为多少？若此时R3开路，则Uo为多少？若R3短路，Uo为多少？

图2-013 习题2-15的图

2-16 什么是零点漂移？产生零点漂移的主要原因是什么？为什么在直接耦合放大电路中零点漂移可能产生严重后果？

解：零点漂移是直接耦合放大电路存在的一个特殊问题。输入电压为零(ui=0)而输出电

压(uo=0)不为零，且缓慢地、无规则地变化的现象，称为零点漂移现象。在直接耦合放大电路中，漂移电压和有效信号电压混杂在一起被逐级放大，特别是第一级的漂移影响最大，因为第一级的漂移会被后面各级逐级放大。在漂移现象严重的情况下，往往会使有效信号“淹没”，使放大电路不能正常工作。

2-17 有甲、乙两个直接耦合放大电路，它们输出端的零点漂移电压都是400 mV，但甲的电压放大倍A ?2.5?104A ?2.5?104数为u1，乙的电压放大倍数为u2，它们的零点漂移指标是否一样？对于ui= 0.4 mV的电压信号，两个放大器都能进行正常放大吗？为什么？

解：本题是错题，两放大倍数一致。

2-18 典型差动放大电路是如何抑制零点漂移的？它是如何放大差模信号的？

解：典型的差动放大电路，其电路示意图如下图所示

由于电路的对称性，无论是温度的变化还是电源电压的波动，都会引起两个三极管集电极电流和电压的相同变化，因为采用双端输出的形式，相同的变化量互相抵消，从而抑制了零点漂移。当输入差模信号时，左边增加时右边减少，故放大倍数是单端输出的2倍。

2-19 理想运算放大器组成如图2-014所示电路。要求：（1）试导出阻R1Uo

和

Ui的关系式；（2）说明电

的大小对电路性能的影响。

图2-014 习题2-19的图

解：UO/Ui=（-R2/R1）*（-R4/R3）=（R2/R1）*（R4/R3）

R1越大，则电路的输入电阻越大。

RR?UU2-20 理想运放构成电路如图2-015所示。（1）已知1=20k?，2=50k?，Z=?10V，写出o和Uiu?f(ui)的关系式，画出o曲线。（2）若要实现图2-016所示的特性曲线，电路应作何修改，画出相应的电路，并标明元件参数值。

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