模擬電子技術基礎學習指導與習題解答謝紅主編第一章

1、第一章思考題與習題解答1-1名詞解釋半導體、載流子、空穴、自由電子、本征半導體、雜質半導體、 體、PN結。解半導體一一導電能力介乎于導體與絕緣體之間的一種物質。 兩種半導體材料經常用來做晶體管。載流子一一運載電流的粒子。在導體中的載流子就是自由電子； 種，就是自由電子與空穴，它們都能參加導電?？昭ㄒ灰还韬玩N均為共價鍵結構，屬于四價元素。最外層的四個電子與相鄰原子最外層電子組成四個共價鍵，每一個共價鍵上均有兩個價電子運動。當環(huán)境溫度升高 時，價電子獲得能量擺脫原子核與共價鍵對它的束縛進入自由空間成為自由電子， 位置上就出現一個空位， 稱為空穴?？昭◣д?，具有吸引相鄰電子的能力， 能沿著共價鍵作

2、依次遞補式的運動。自由電子一一位于自由空間，帶負電，參加導電時，在自由空間作自由飛翔式的運動， 這種載流子稱為自由電子。本征半導體一一不摻任何雜質的半導體，也就是指純凈的半導體，稱為本征半導體。N型半導體、P型半導例如硅（Si和鍺（Ge）,這半導體中的載流子有兩（加熱或光照） 在原來的 參加導電時只雜質半導體一一摻入雜質的半導體稱為雜質半導體。N型半導體在本征硅（或鍺）中摻入微量五價元素（如磷P），就形成含有大量電子的N型雜質半導體，又稱電子型雜質半導體，簡稱N型半導體。P型半導體一一在本征硅（或鍺）中摻入微量的三價元素（如硼B(yǎng)），就形成含大量空穴的P型雜質半導體，又稱空穴型雜質半導體，簡稱P

3、型半導體。PN結將一塊 P型半導體與一塊 N型半導體放在一起，通過一定的工藝將它們有機地結合起來，在其交界面上形成一個結，稱為PN結。1-3 選擇填空（只填a、b以下類同） （1）在PN結不加外部電壓時，擴散電流漂移電流。（a.大于，b.小于，C.等于）擴散電流 c2.不變） 擴散電流c2.不變） a2。（2）當PN結外加正向電壓時， 此時耗盡層。（a2.變寬，b2.變窄，（3）當PN結外加反向電壓時， 此時耗盡層。（a2.變寬，b2.變窄，解（1）c。（2）a1，b2。（3）b1，1-4選擇填空（1）二極管電壓從0.65 V增大10%，流過的電流增大 小于10%）（2）穩(wěn)壓管 （a1.是二極

4、管，b1.不是二極管，c1.是特殊的二極管），它工作在狀態(tài)。（a2.正向導通，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.摻入的雜質元素不同，C.P區(qū)和N區(qū)的位置不同）（4）場效應管是通過改變 （a1.柵極電流，b1.柵源電壓，C1.漏源電壓）來改變漏極電流的，因此是一個 （a2.電流，b2.電壓）控制的 （a3.電流源，b3.電壓源）。.漂移電流。.漂移電流。（a1.大于，b1.小于，C1.等于）（a1.大于，b1.小于，C1.等于）。（a.1O%，b.大于 10%，C.（5）晶體管電流由 （a1.多子，b1.少子，C1.兩

5、種載流子）組成，而場效應管的電流由 （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效應管 (a3.大，b3.小，c3.差不多)。(6)晶體管工作在放大區(qū)時，b-e極間為_ 時，b-e極間為，b-c極間為, b-c 極間為；工作在飽和區(qū)。(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回答下列問題(1) 為什么說在使用二極管時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓(2) 如何用萬用表的“ Q”擋來辨別一只二極管的陽、陰兩極？(提示：

6、萬用表的黑筆接表內直流電源的正極端，而紅筆接負極端)(3) 比較硅、鍺兩種二極管的性能。在工程實踐中，為什么硅二極管應用得較普遍？解(1)如果二極管的正向電流超過最大整流電流就會進入過流區(qū)，容易燒管；如果超 過最高反向工作電壓容易造成管子反向擊穿。根據二極管的正向電阻小，反向電阻大的性質。先假設二極管的陰、陽兩個端，測 量其電阻，將黑筆接假設的陽極， 紅筆接假設的陰極， 記錄其阻值；再將黑、紅筆交換位置， 再測電阻，比較兩次測得的阻值大小，若前者小于后者，說明假設的陰、陽兩極是對的，否 則相反。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

7、率：鍺管的高于硅管的。因為硅管的穿透電流ICEO比鍺管的小得多，表現溫度穩(wěn)定性好，所以硅二極管應用得較普遍。1-6回答問題(1)有兩個三極管，A管的P =200, I CEO =200叭,B管的P =50, IcEO=10叭。其他參數大致相同。相比之下管的性能較好。(2)若把一個三極管的集電極電源反接，使集電結也處于正向偏置，則Ic將更大，對放大作用是否更有利？一個三極管的Ib=10叭 時，Ic=l mA，我們能否從這兩個數據來決定它的交流電流放大系數？什么時候可以？什么時候不可以？解(1)B。因為IcEO越小的管子，使用壽命越長，而且其溫度穩(wěn)定性越好。(2)無影響。因為放大作用的大小不在于I

8、b和Ic絕對值的大小，而在于二者變化量的比值，即Ic的變化量Qc比Ib的變化量|b越大，表征管子的放大作用越強。(3)由定義式PI 一 IIC2 IC1知，對于一般的管子來說不可以，因為le H 0 , IB0。1 B2 1 B1而對于理想的三極管來說，可取4 =0 , *4=0，此時可以由IC =1 mA , IB=10叭 這兩個數據來決定它的交流電流放大系數，即P = p =1000/10 =100。1-7回答問題(1)與BJT相比，FET具有哪些基本特點 ？從已知的場效應管輸出特性曲線如何判斷該管的類型 (或開啟電壓)的大概數值，舉例說明。(3)圖題1-7(a)、(b)、(c)分別為三只

9、場效應管的特性曲線, 子(結型、絕緣柵型；增強型、耗盡型；(增強型還是耗盡型卜夾斷電壓指出它們各屬于哪種類型的管N溝道、P溝道)。解(1)與BJT相比，FET具有以下幾個基本特點：輸入電阻高；溫度穩(wěn)定性好，具 有零溫度系數工作點，當管子工作在該點時，其性能與溫度無關，特另愴定；噪聲小，因 為FET產生噪聲的來源比 BJT少；容易集成化。目前，大面積集成電路多采用FET。見第題的解答。(3)見圖題1-7(a),由該轉移特性曲線知，該管為N溝道耗盡型絕緣柵場效應管。它的夾斷電壓是曲線與橫坐標的交點，以UGS(off)，標在圖(a)中。圖(b)是P溝道增強型絕緣柵場效應管。它的開啟電壓 UGS(th

10、)標在圖(b)中。圖(C)是N溝道耗盡型絕緣柵場效應管。它的夾斷電壓UGS(f)標在圖(C)中。算在60解的，即每升高10 C大一倍，用公式表示為1-8溫度為25 C時，鍺二極管和硅二極管的反向電流分別為10叭和0.1叭，試計C時它們的反向電流各為多少 ？無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60-25IS(6g=IS(25C)盯對于硅管，lS(25：c)=.1 mA，代入公式得60公IS(60C) =0.2=1.13 pA對于鍺管,1 S(25：C) =10pA，代入公式得1 S(60 C)可見，當溫度升高到60工5= 10x2十=113 P60 C時，硅二極

11、管的反問電流仍然比鍺二極管的小得多(1.13PA匸113 A ),證明硅管的溫度穩(wěn)定性好于鍺管。探1-10分析圖題1-10(a)所示電路中二極管的工作狀態(tài)(導通或截止)，確定出U。的值,并將結果填入圖(b)的表中。V0逋-d05止1350止5519A(h J(叮圖題1-10(a)電路圖；(b)表格與解答解設V1、V2導通電壓為 0.7 V。當Ua=0,Ub=0時，V、V 均處于正偏而導通，則Uo =-0.7V ;當Ua=0, Ub=5 V時，看上去好像 V1、V2均處于正偏而導通，而實際上,V2導通后，Uo值被箝位在4.3 V上，就使V1處于反偏狀態(tài)而截止，因此此時U 0=4.3 V;同理，當

12、 Ua =5 V,U B =0 V 時,V2 截止，V 導通，仍有 Uo=4.3 V;當 Ua=Ub=5 V 時，V、V2均處于正偏置而導通，此時U。= 0.7+5=4.3 V。將上述分析結果填入圖題1-10(b)表格內。 1-11兩只硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為U Z1 =6 V,U Z2 =9 V。設它們的正向導通電壓為0.7V。把它們串聯相接可得到幾種穩(wěn)壓值，各是多少？把它們并聯相接呢？解 當兩個穩(wěn)壓管串聯時能得到四個穩(wěn)壓值：兩只穩(wěn)壓管均反接時，其穩(wěn)壓值為兩管穩(wěn)壓值之和，即6+9=15 V;當Uj正接，Uz2反接時，應得0.7+9=9.7 V;當U Z1反接，U Z2正接時，應得6+0.7=6

13、.7 V;當兩管均正接時，應得0.7+0.7=1.4 V。當兩個穩(wěn)壓管并聯時， 只能得到兩種穩(wěn)壓值： 兩只管子均反接時， 其穩(wěn)壓值由低的那一個決定，即為6 V,這種情況一般不常用；當兩管中只要有一個正接，圖題1-12或者兩管均正接時，其穩(wěn)壓值均為 0.7 V。1-12測得工作在放大電路中兩個晶體管的兩個電極電流如圖題1-12所示。(1)求另一個電極電流，并在圖中標出實際方向。 判斷它們各是NPN還是PNP型管，標出e、b、c極。估算它們的P和a值。解(1)將圖題1-12(a)中的兩個已知電流求和就是另一電極電流，即 實際方向是向外流的。圖(b)中，將兩個已知電流相減就是另一電極電流， 其實際方

14、向也是向外流的。(2)圖(a)中，由電流方向及數量級得知，只有NPN管滿足這個要求，0.1+4=4.1 mA，其即 6.1-0.1=6 mA，并且知0.1 mA為b極,極,4 mA為c極，4.1 mA為e極；同理圖(b)管為PNP型，0.1 mA為b極，6 mA為c 6.1 mA為e極。上述結果已標在圖中。求圖(a)管的P與a值:4=400.1數:40=一 797640圖(b)管的P與a值:6=600.11-13 一只三極管的輸出特性如圖題60= 7.984611-13的實線。試根據特性曲線求出管子的下列參0、a、I CEO、I CBO、U（br）CEO 和 PCM 。1蝕和f 6CI廠 二

15、11 |皿Z 1廠 1 |/c=IOy A2少)10 *必命5叭J4g/V圖題1-13解圖解P值在晶體管輸出特性曲線族的放大區(qū)(曲線平行等距的區(qū)域)找一個AIb = (60-40)叭,對應找到 de =(32)mA，再由P的定義式可得P _lc (3-2)天10360 4050求a值由a與P的關系式計算a可得=50 798051求PcMPcM 值:在功耗線上任取一點，將該點所對應的縱坐標與橫坐標的讀數相乘可得P CM=5 mAVb Ve ；對于PNP管應滿足Vc Ui U2，該管是 NPN 型，三個電極分別：Uj為b極；U2為e極；Us為c極。(3)U3 U2 =12 11.3=0.7 V,因

16、此是硅材料；UICU2VU3，該管為PNP型，并且它的三個電極分別： U1為c極；U2為b極；U3為e極。(4)U2 -U3 = 0.2 V,因此是鍺材料；Ui va-SV圖題1-19對于 NPN型,SV(R)tiov1( V-2.7 V12 V-2 VUSi其U be上0.7 V，各極電位關系UcAUbUe；GeUc VUb 9.4V 10V，也滿足 NPN 管的放大條件,因此處于放大狀態(tài)，IC由上而下流。圖(3)是N溝道結型 FET其放大條件是 UgsUs。Ugs=0-8 = 8 V，10V 8V，滿足放大條件，因此處于放大狀態(tài),ID由上而下流。圖是 PNP 管，UBE=Ube =2.7 (2) =-0.7 V,是硅材料。-10V c2.7V Us。Ugs =6.4-2 =4.4V,10V 2V，處于放大狀態(tài)，Id由上而下流。圖(6)是PNP管。e結反偏，因此截止。圖(7)也是PNP管。e結反偏，因此截止。圖(8)是PNP管。Ube = 2.5-(2) =-0.5 V,管子處于放大區(qū)。圖(9)是N溝道增強型MOS管，要求U GS A 0。本例中Ugs = -2V 0，因此截止。探1-21測得電