模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答(謝紅主編)第一章.doc

第一章 思考題與習(xí)題解答1-1 名詞解釋半導(dǎo)體、載流子、空穴、自由電子、本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、PN結(jié)。解 半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。例如硅(Si)和鍺(Ge)，這兩種半導(dǎo)體材料經(jīng)常用來(lái)做晶體管。載流子運(yùn)載電流的粒子。在導(dǎo)體中的載流子就是自由電子；半導(dǎo)體中的載流子有兩種，就是自由電子與空穴，它們都能參加導(dǎo)電。空穴硅和鍺均為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，屬于四價(jià)元素。最外層的四個(gè)電子與相鄰原子最外層電子組成四個(gè)共價(jià)鍵，每一個(gè)共價(jià)鍵上均有兩個(gè)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)。當(dāng)環(huán)境溫度升高(加熱或光照)時(shí)，價(jià)電子獲得能量擺脫原子核與共價(jià)鍵對(duì)它的束縛進(jìn)入自由空間成為自由電子，在原來(lái)的位置上就出現(xiàn)一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴?？昭◣д?，具有吸引相鄰電子的能力，參加導(dǎo)電時(shí)只能沿著共價(jià)鍵作依次遞補(bǔ)式的運(yùn)動(dòng)。自由電子位于自由空間，帶負(fù)電，參加導(dǎo)電時(shí)，在自由空間作自由飛翔式的運(yùn)動(dòng)，這種載流子稱(chēng)為自由電子。本征半導(dǎo)體不摻任何雜質(zhì)的半導(dǎo)體，也就是指純凈的半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在本征硅(或鍺)中摻入微量五價(jià)元素(如磷P)，就形成含有大量電子的N型雜質(zhì)半導(dǎo)體，又稱(chēng)電子型雜質(zhì)半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱(chēng)N型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體在本征硅(或鍺)中摻入微量的三價(jià)元素(如硼B(yǎng))，就形成含大量空穴的P型雜質(zhì)半導(dǎo)體，又稱(chēng)空穴型雜質(zhì)半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱(chēng)P型半導(dǎo)體。PN結(jié)將一塊P型半導(dǎo)體與一塊N型半導(dǎo)體放在一起，通過(guò)一定的工藝將它們有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在其交界面上形成一個(gè)結(jié)，稱(chēng)為PN結(jié)。1-3 選擇填空(只填a、b以下類(lèi)同)(1)在PN結(jié)不加外部電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 漂移電流。(a.大于，b.小于，c.等于)(2)當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 漂移電流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此時(shí)耗盡層。(a2.變寬，b2.變窄，c2.不變)(3)當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 漂移電流。(a1.大于，b1.小于，c1.等于)此時(shí)耗盡層。(a2.變寬，b2.變窄，c2.不變)解 (1)c。(2)a1，b2。(3)b1，a2。1-4 選擇填空(1)二極管電壓從0.65 V增大10%，流過(guò)的電流增大 。(a.10%，b.大于10%，c.小于10%)(2)穩(wěn)壓管 (a1.是二極管，b1.不是二極管，c1.是特殊的二極管)，它工作在 狀態(tài)。(a2.正向?qū)?，b2.反向截止，c2.反向擊穿)(3)NPN型和PNP型晶體管的區(qū)別是 。(a.由兩種不同材料的硅和鍺制成，b.摻入的雜質(zhì)元素不同，c.P區(qū)和N區(qū)的位置不同)(4)場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)改變 (a1.柵極電流，b1.柵源電壓，c1.漏源電壓)來(lái)改變漏極電流的，因此是一個(gè) (a2.電流，b2.電壓)控制的 (a3.電流源，b3.電壓源)。(5)晶體管電流由 (a1.多子，b1.少子，c1.兩種載流子)組成，而場(chǎng)效應(yīng)管的電流由 (a2.多子，b2.少子，c2.兩種載流子)組成。因此，晶體管電流受溫度的影響比場(chǎng)效應(yīng)管 (a3.大，b3.小，c3.差不多)。(6)晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，b-e極間為 ，b-c極間為 ；工作在飽和區(qū)時(shí)，b-e極間為 ，b-c極間為 。(a.正向偏置，b.反向偏置，c.零偏置)解 (1)b。(2)c1,c2。(3)c。(4)b1,b2,a3。(5)c1,a2,a3。(6)a,b;a,a與c。1-5 回答下列問(wèn)題(1)為什么說(shuō)在使用二極管時(shí)，應(yīng)特別注意不要超過(guò)最大整流電流和最高反向工作電壓?(2)如何用萬(wàn)用表的“”擋來(lái)辨別一只二極管的陽(yáng)、陰兩極?(提示：萬(wàn)用表的黑筆接表內(nèi)直流電源的正極端，而紅筆接負(fù)極端)(3)比較硅、鍺兩種二極管的性能。在工程實(shí)踐中，為什么硅二極管應(yīng)用得較普遍?解 (1)如果二極管的正向電流超過(guò)最大整流電流就會(huì)進(jìn)入過(guò)流區(qū)，容易燒管；如果超過(guò)最高反向工作電壓容易造成管子反向擊穿。(2)根據(jù)二極管的正向電阻小，反向電阻大的性質(zhì)。先假設(shè)二極管的陰、陽(yáng)兩個(gè)端，測(cè)量其電阻，將黑筆接假設(shè)的陽(yáng)極，紅筆接假設(shè)的陰極，記錄其阻值；再將黑、紅筆交換位置，再測(cè)電阻，比較兩次測(cè)得的阻值大小，若前者小于后者，說(shuō)明假設(shè)的陰、陽(yáng)兩極是對(duì)的，否則相反。(3)死區(qū)電壓：硅管的大于鍺管的；反向電流：硅管的小于鍺管的；最高反向工作電壓：硅管的高于鍺管的；工作頻率：鍺管的高于硅管的。因?yàn)楣韫艿拇┩鸽娏鱅CEO比鍺管的小得多，表現(xiàn)溫度穩(wěn)定性好，所以硅二極管應(yīng)用得較普遍。1-6 回答問(wèn)題(1)有兩個(gè)三極管，A管的=200，=200,B管的=50,=10。其他參數(shù)大致相同。相比之下 管的性能較好。(2)若把一個(gè)三極管的集電極電源反接，使集電結(jié)也處于正向偏置，則將更大，對(duì)放大作用是否更有利?(3)一個(gè)三極管的=10時(shí)，=1，我們能否從這兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)決定它的交流電流放大系數(shù)?什么時(shí)候可以?什么時(shí)候不可以?解 (1)B。因?yàn)樵叫〉墓茏樱褂脡勖介L(zhǎng)，而且其溫度穩(wěn)定性越好。(2)無(wú)影響。因?yàn)榉糯笞饔玫拇笮〔辉谟诤徒^對(duì)值的大小，而在于二者變化量的比值，即的變化量比的變化量越大，表征管子的放大作用越強(qiáng)。(3)由定義式知，對(duì)于一般的管子來(lái)說(shuō)不可以，因?yàn)?，。而?duì)于理想的三極管來(lái)說(shuō)，可取，此時(shí)可以由=1，=10這兩個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)決定它的交流電流放大系數(shù)，即。1-7 回答問(wèn)題(1)與BJT相比，F(xiàn)ET具有哪些基本特點(diǎn)?(2)從已知的場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線(xiàn)如何判斷該管的類(lèi)型(增強(qiáng)型還是耗盡型)、夾斷電壓(或開(kāi)啟電壓)的大概數(shù)值，舉例說(shuō)明。(3)圖題1-7(a)、(b)、(c)分別為三只場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)，指出它們各屬于哪種類(lèi)型的管子(結(jié)型、絕緣柵型；增強(qiáng)型、耗盡型；N溝道、P溝道)。圖1-7 幾種場(chǎng)效應(yīng)管特性解 (1)與BJT相比，F(xiàn)ET具有以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：輸入電阻高；溫度穩(wěn)定性好，具有零溫度系數(shù)工作點(diǎn)，當(dāng)管子工作在該點(diǎn)時(shí)，其性能與溫度無(wú)關(guān)，特別穩(wěn)定；噪聲小，因?yàn)镕ET產(chǎn)生噪聲的來(lái)源比BJT少；容易集成化。目前，大面積集成電路多采用FET。(2)見(jiàn)第(3)題的解答。(3)見(jiàn)圖題1-7(a)，由該轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)知，該管為N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。它的夾斷電壓是曲線(xiàn)與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)，以,標(biāo)在圖(a)中。圖(b)是P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。它的開(kāi)啟電壓標(biāo)在圖(b)中。圖(c)是N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。它的夾斷電壓標(biāo)在圖(c)中。1-8 溫度為25 時(shí)，鍺二極管和硅二極管的反向電流分別為10和0.1，試計(jì)算在60 時(shí)它們的反向電流各為多少?解 無(wú)論是硅二極管還是鍺二極管，它們的反向電流隨溫度變化而變化的規(guī)律是相同的，即每升高10 大一倍，用公式表示為對(duì)于硅管，=0.1，代入公式得=1.13對(duì)于鍺管，=10，代入公式得=113可見(jiàn)，當(dāng)溫度升高到60 時(shí)，硅二極管的反問(wèn)電流仍然比鍺二極管的小得多(1.13 113)，證明硅管的溫度穩(wěn)定性好于鍺管。1-10 分析圖題1-10(a)所示電路中二極管的工作狀態(tài)(導(dǎo)通或截止)，確定出的值，并將結(jié)果填入圖(b)的表中。圖題1-10(a)電路圖；(b)表格與解答解 設(shè)、導(dǎo)通電壓為0.7 V。當(dāng)=0，=0時(shí)，、均處于正偏而導(dǎo)通，則；當(dāng)=0，=5 V時(shí)，看上去好像、均處于正偏而導(dǎo)通，而實(shí)際上，導(dǎo)通后，值被箝位在4.3 V上，就使處于反偏狀態(tài)而截止，因此此時(shí)=4.3 V；同理，當(dāng)=5 V,=0 V時(shí)，截止，導(dǎo)通，仍有=4.3 V;當(dāng)=5 V時(shí)，、均處于正偏置而導(dǎo)通，此時(shí)+5=4.3 V。將上述分析結(jié)果填入圖題1-10(b)表格內(nèi)。1-11 兩只硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為=6 V,=9 V。設(shè)它們的正向?qū)妷簽?.7 V。把它們串聯(lián)相接可得到幾種穩(wěn)壓值，各是多少?把它們并聯(lián)相接呢?解 當(dāng)兩個(gè)穩(wěn)壓管串聯(lián)時(shí)能得到四個(gè)穩(wěn)壓值：兩只穩(wěn)壓管均反接時(shí)，其穩(wěn)壓值為兩管穩(wěn)壓值之和，即6+9=15 V；當(dāng)正接，反接時(shí)，應(yīng)得0.7+9=9.7 V；當(dāng)反接，正接時(shí)，應(yīng)得6+0.7=6.7 V；當(dāng)兩管均正接時(shí)，應(yīng)得0.7+0.7=1.4 V。當(dāng)兩個(gè)穩(wěn)壓管并聯(lián)時(shí)，只能得到兩種穩(wěn)壓值：兩只管子均反接時(shí)，其穩(wěn)壓值由低的那一個(gè)決定，即為6 V，這種情況一般不常用；當(dāng)兩管中只要有一個(gè)正接，圖題1-12或者兩管均正接時(shí)，其穩(wěn)壓值均為0.7 V。1-12測(cè)得工作在放大電路中兩個(gè)晶體管的兩個(gè)電極電流如圖題1-12所示。(1)求另一個(gè)電極電流，并在圖中標(biāo)出實(shí)際方向。(2)判斷它們各是NPN還是PNP型管，標(biāo)出e、b、c極。(3)估算它們的和值。圖題1-12解 (1)將圖題1-12(a)中的兩個(gè)已知電流求和就是另一電極電流，即0.1+4=4.1，其實(shí)際方向是向外流的。圖(b)中，將兩個(gè)已知電流相減就是另一電極電流，即6.10.1=6，其實(shí)際方向也是向外流的。(2)圖(a)中，由電流方向及數(shù)量級(jí)得知，只有NPN管滿(mǎn)足這個(gè)要求，并且知0.1為b極，4為c極，4.1為e極；同理圖(b)管為PNP型，0.1 為b極，6 為c極，6.1為e極。上述結(jié)果已標(biāo)在圖中。(3)求圖(a)管的與值：=40 0.976圖(b)管的與值：=601-13 一只三極管的輸出特性如圖題1-13的實(shí)線(xiàn)。試根據(jù)特性曲線(xiàn)求出管子的下列參數(shù)：、和。圖題1-13解 (1)圖解值在晶體管輸出特性曲線(xiàn)族的放大區(qū)(曲線(xiàn)平行等距的區(qū)域)找一個(gè)，對(duì)應(yīng)找到，再由的定義式可得(2)求值由與的關(guān)系式計(jì)算可得(3)求在功耗線(xiàn)上任取一點(diǎn)，將該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的讀數(shù)相乘可得值：PCM=5 mA10 V=50(4)確定穿透電流=0的輸出特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)的值即為，圖中已標(biāo)上=10，因此=10(5)求根據(jù)的關(guān)系可得(6)確定擊穿電壓對(duì)應(yīng)=0的輸出特性曲線(xiàn)開(kāi)始上翹時(shí)的值即為：=50 V1-14 測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管的三個(gè)電極電位、分別為下列各組數(shù)據(jù)，判斷它們是NPN型，還是PNP型?是硅管，還是鍺管?確定e、b、c三個(gè)電極。(1)=3.5 V,=2.8 V,=12 V(2)=3 V,=2.8 V,=12 V(3)=6 V,=11.3 V,=12 V(4)=6 V,=11.8 V,=12 V解 解此題的理論根據(jù)有兩條：由值確定材料。對(duì)于硅材料，其 V；對(duì)于鍺材料，其0.2 V。由放大管的e結(jié)正偏，c結(jié)反偏確定管子的類(lèi)型。 對(duì)于NPN管應(yīng)滿(mǎn)足；對(duì)于PNP管應(yīng)滿(mǎn)足，同時(shí)還能確定管子的三個(gè)電極。(1)=0.7 V，因此是硅材料；,且均為正值，可見(jiàn)該管為NPN型，同時(shí)三個(gè)電極分別：是b極；2是e極；是c極。 (2)=0.2 V，因此是鍺材料；，該管是NPN型，三個(gè)電極分別：為b極；為e極；為c極。(3)=0.7 V，因此是硅材料；，該管為PNP型，并且它的三個(gè)電極分別：為c極；為b極；為e極。(4) V，因此是鍺材料；，該管為PNP型，三個(gè)電極分析：為c極；為b極；為e極。1-15 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管漏極特性曲線(xiàn)如圖題1-15(a)(d)所示。圖題1-15(1)說(shuō)明圖(a)(d)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)何種類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)管。(2)根據(jù)圖中曲線(xiàn)標(biāo)定值確定、和數(shù)值。解 圖(a)中，因此是N溝道增強(qiáng)型MOS管。對(duì)應(yīng)0的值為開(kāi)啟電壓，即=3 V圖(b)中，因此該管是P溝道增強(qiáng)型MOS管。開(kāi)啟電壓為2 V圖(c)中 0，因此是P溝道耗盡型MOS管。對(duì)應(yīng)的值為夾斷電壓，即=2 V對(duì)應(yīng)=0 V時(shí)的值為：=2 圖(d)中0，因此是N溝道耗盡型MOS管。其夾斷電壓為)=3 V=31-18 填空題試從下述幾方面比較場(chǎng)效應(yīng)管和晶體三極管的異同。(1)場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)電機(jī)理為，而晶體三極管為。比較兩者受溫度的影響管優(yōu)于管。(2)場(chǎng)效應(yīng)管屬于器件，其G、S間的阻抗要晶體三極管b、e極間的阻抗，后者則應(yīng)屬于器件。(3)晶體三極管3種工作區(qū)域是，與此不同，場(chǎng)效應(yīng)管常把工作區(qū)域分為3種。(4)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極D與源極S互換使用，而晶體三極管的集電極C與發(fā)射極E則互換使用。解 (1)一種載流子(多子)參加導(dǎo)電；兩種載流子參加導(dǎo)電；FET；BJT。(2)壓控；遠(yuǎn)大于；流控。(3)飽和、放大、截止；可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)。(4)b、c、e；NPN、PNP。1-19 測(cè)得半導(dǎo)體三極管及場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極對(duì)地的電位如圖題1-19所示，試判斷下列器件的工作狀態(tài)。圖題1-19解 晶體管放大的條件：對(duì)于NPN型，其7 V，各極電位關(guān)系；對(duì)于PNP型，其2 V，各極電位關(guān)系。圖(1)1=0.7 V，滿(mǎn)足NPN管的放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(2)，=0.6 V，也滿(mǎn)足NPN管的放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(3)是N溝道結(jié)型FET，其放大條件是，。 V，滿(mǎn)足放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(4)是PNP管，UBE= V，是硅材料。，滿(mǎn)足放大條件，因此處于放大狀態(tài)，由下而上流。圖(5)是N溝道耗盡型MOS管，要求UGS0，。=4.4 V,，處于放大狀態(tài)，由上而下流。圖(6)是PNP管。e結(jié)反偏，因此截止。圖(7)也是PNP管。e結(jié)反偏，因此截止。圖(8)是PNP管。 V，管子處于放大區(qū)。圖(9)是N溝道增強(qiáng)型MOS管，要求。本例中，因此截止。圖(10)是P溝道增