現(xiàn)代電子線路基礎(chǔ)(陸利忠)第1章習(xí)題答案

1、習(xí) 題1.1 分別計算本征硅和本征鍺在T=500K時的載流子濃度值,并與常溫下的載流子濃度值作比較。解：本征半導(dǎo)體內(nèi)的載流子濃度可用下式表示 上式中硅Ao=3.88×1016cm-3K-3/2,鍺Ao=1.76×1016cm-3K-3/2。 K是波耳茲曼常數(shù)，k=8.63×10-5eV/K=1.38×10-23J/K。T為熱力學(xué)溫度。Eg0是T=0K時的禁帶寬度,硅Eg0為1.21eV,鍺為0.785eV。 按照上式T=500K時， 本征硅： 本征鍺：而常溫下(T=300K),本征硅和鍺熱平衡載流子濃度分別約為1.5×1010cm 3和2.4&

2、#215;1013 cm 3。結(jié)論：T=500K同T=300K相比，本征硅載流子濃度高4個數(shù)量級，本征鍺載流子濃度高3個數(shù)量級，即表明溫度對本征半導(dǎo)體載流子濃度影響極大，隨著溫度升高，本征半導(dǎo)體載流子濃度急劇升高。1.2 在本征硅中摻入濃度為的五價元素砷。試分別計算T=300K和T=500K時的自由電子和空穴的熱平衡濃度值,并指出相應(yīng)的半導(dǎo)體類型。1) T=300K，本征硅載流子濃度為，摻入濃度，滿足； 故 由于，屬于N型半導(dǎo)體；2) T=500K，本征硅載流子濃度，摻入濃度，不滿足； 故 求解得到 由于，故屬于本征半導(dǎo)體。1.3 在本征硅中先摻入濃度為Nd=8×1016/cm3的砷

3、原子組成N型半導(dǎo)體,再摻入濃度為Na=5×1017/cm3的硼原子。試問它構(gòu)成何種雜質(zhì)半導(dǎo)體？常溫下兩種載流子的濃度各為多少？解：由于受主雜質(zhì)(硼元素)濃度Na高于施主雜質(zhì)(砷元素)濃度Nd，故雜質(zhì)半導(dǎo)體由原先的N型應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻型。常溫下本征硅載流子濃度為1.5×1010cm 3，該數(shù)值遠(yuǎn)小于雜質(zhì)濃度，因此：1.4 若一個硅PN結(jié)的反向飽和電流,試在常溫下分別求外加電壓為0.1V、0.3V、0.5V和0.7V時的PN結(jié)電流。解：PN結(jié)電流方程：，VT=kT/q,稱為溫度電壓當(dāng)量,室溫(300K)下為26mV；將0.1V、0.3V、0.5V和0.7V各數(shù)值電壓代入得：外加電壓V

4、D0.1V 0.3V0.5V0.7VPN結(jié)電流ID4.6×10-13 A1.0×10-9 A2.2×10-6 A4.9×10-3 A 從上表可以看出：隨著正向電壓值增大，PN結(jié)電流急劇增加，并且是非線性；1.5 若一個硅PN結(jié)的反向飽和電流,試在常溫下分別求當(dāng)該P(yáng)N結(jié)流過1mA和10mA正向電流時對應(yīng)的外加電壓值。并對結(jié)果進(jìn)行比較。解：由PN結(jié)電流方程可得：而室溫(300K)下為VT=26mV。當(dāng)ID=1mA時， VD=658 mV；當(dāng)ID=10mA時，VD=718 mV；可見：PN結(jié)電流增加10倍時，電壓僅增加0.1倍，說明PN結(jié)電流動態(tài)范圍比電壓動態(tài)

5、范圍大，同時表明PN結(jié)電壓與電流關(guān)系是非線性的，即PN結(jié)是非線性器件。1.6 分別判斷題圖1.6中兩個理想二極管電路中的二極管是導(dǎo)通還是截止？并求Vo值。題圖1.6解：解題思路是先斷開二極管電路求各個二極管兩端電壓，電壓最高先導(dǎo)通，依此為基礎(chǔ)求其他二極管的通斷情況；(a) 斷開二極管支路得：VD1=12V；VD2=3V；因此VD2管先導(dǎo)通，此時VO=15V；而VD1管截止。(b) 斷開二極管支路得：VD1=3V；VD2=0V；因此VD1管先導(dǎo)通，而VD1管導(dǎo)通時，VD2管也導(dǎo)通，將二極管換為導(dǎo)線連接。此時1.7 用三用表的同一個電阻檔測量甲、乙、丙三個二極管的電阻值,測量結(jié)果的大小關(guān)系如表1.

6、7所示。你認(rèn)為這三個二極管中哪一個二極管的單向?qū)щ娦阅茏詈茫?表1.7管子號正向電阻反向電阻甲大中乙小大丙中小解：從電阻值考慮，二極管的單向?qū)щ娦泽w現(xiàn)在正向電阻值很小，同時反向電阻值很大； 因此乙管單向?qū)щ娦宰詈谩?.8 已知題圖1.8中的三個二極管均為理想二極管,且A、B、C三個燈都相同。試分析電路并指出三個燈中哪個燈最亮？題圖1.8 題圖1.9 解：理想二極管正向電阻為0，反向電阻值為，二極管導(dǎo)通時正向電壓降為0。 當(dāng)為正電壓時，VD1截止；VD2導(dǎo)通，VD3截止，A/C兩燈平分信號源功率； 當(dāng)為負(fù)電壓時，VD1導(dǎo)通；VD2截止，VD3導(dǎo)通，B燈獨(dú)占信號源功率； 由于正負(fù)電壓信號源提供的功

7、率相等，故B燈最亮。1.9 在題圖1.9所示的硅二極管電路中,已知正弦交流電壓(mV),且電容 C的容抗對交流可以忽略不計。寫出電壓vo的表達(dá)式。 解：輸出電壓vo表達(dá)式分為直流電壓和交流電壓兩部分，而二極管在直流通路中的動態(tài)電阻值影響了交流輸出電壓。1) 直流通路為：， 2）交流通路(電容C短路，直流電壓源短路，二極管用動態(tài)電阻rd替換)為： 3) 因此輸出電壓1.10 題圖1.10所示電路中,已知二極管為理想二極管。判斷當(dāng)開關(guān)S1斷開S2合上時兩個二極管是導(dǎo)通還是截止,并求vo的值。畫出當(dāng)開關(guān)S1閉合S2斷開、輸入如圖所示的vi波形時相應(yīng)vo的波形。解：1）當(dāng)開關(guān)S1斷開S2合上時： 2）

8、當(dāng)開關(guān)S1合上S2斷開時： 1) 斷開二極管支路得：VD1=4V；VD2=2V；因此VD1管先導(dǎo)通，此時VD2=-2V，故VD2管截止，VO=18V； 2) 求VO與二極管通斷有關(guān)，故先分析兩個二極管的導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)。斷開二極管支路得：VD1=Vi16V；VD2=2V； 由于Vi是交流信號，其振幅是20V，因此分情況討論a) VD1 >=VD2，即Vi16V>=2V；即Vi>=18V此時VD1管先導(dǎo)通，在此條件下VD2=18Vi <0，故VD2管截止，VO=18V；b) VD1 <VD2，即Vi16V<2V；即Vi<18V此時VD2管先導(dǎo)通，在此條件下

9、VD1= Vi18<0，故VD1管截止，VO=17V； 1.11 在題圖1.11所示的穩(wěn)壓二極管電路中,已知,穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)壓值VZ=10V,試求在下述兩種情況下的輸出電壓Vo各為多少伏？(1) ； (2) 。題圖1.11解: a)正向工作,普通二極管：b)逆向超過穩(wěn)壓值-穩(wěn)壓：c)逆向不超過穩(wěn)壓值-截止1) 2) 1.12 在題圖1.12所示的兩個穩(wěn)壓管電路中,已知穩(wěn)壓管型號相同,正向?qū)妷簽?.7V,穩(wěn)壓值為8V。試分別寫出輸出電壓Vo的值,并說明哪個電路的Vo受溫度變化的影響小？題圖1.12解:（a） （b） 相對二極管而言，其反向擊穿電壓與正向?qū)妷和啾龋菀资艿綔囟扔?/p>

10、響，故(a)電路。1.13 用萬用表測得五個晶體管各電極的直流電位如題圖1.13所示。試判斷這些管子分別處于何種工作狀態(tài)或已損壞？題圖1.13解：第一步判定晶體管類型：NPN或PNP; ：第二步根據(jù)晶體管類型指明三個極（基極B、發(fā)射極E、集電極C）;：第三步求發(fā)射結(jié)VBE和集電結(jié)電壓VBC;：第四步根據(jù)VBE和VBC電壓關(guān)系和晶體管類型判斷管子工作狀態(tài);：第五步根據(jù)VBE電壓判斷管子材料(硅|VBE|=0.7，鍺|VBE|=0.3);編號類型VBEVBC狀態(tài)材料(a)PNP-0.3V5.7V放大鍺管(b)NPN0.3V-5.9V放大鍺管(c)NPN-0.7V-6.2V截止硅管(d)PNP-6.

11、7V5.3V損壞未知(e)PNP-0.7V0V飽和硅管1.14 用萬用表測得放大電路中的四個晶體管各電極的直流電位如下。試判斷這些管子分別是NPN管還是PNP管？是硅管還是鍺管？并確定每管的B、E、C端。 (1) V1=0V,V2=0.3V,V3=-5V； (2) V1=8V,V2=2V,V3=2.7V；(3) V1=-2V,V2=5V,V3=-2.3V；(4) V1=-10V,V2=-2.3V,V3=-3V。解：NPN管，各極電位滿足VC >VB >VE (硅|VBE|=0.7，鍺|VBE|=0.3)PNP管，各極電位滿足VC <VB <VE (硅|VBE|=0.7，

12、鍺|VBE|=0.3)編號類型123材料(1)PNPBEC鍺(2)NPNCEB硅(3)NPNBCE鍺(4)PNPCEB硅1.15 對題圖1.15所示電路進(jìn)行實際測量,測得四組數(shù)據(jù)如表1.15所示。試：(1) 在表內(nèi)空白處填上合適的數(shù)值；(2) 計算管子的反向飽和電流ICBO；(3) 求直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)(計算直流電流放大系數(shù)不忽略ICBO) 第一組第二組第三組第四組IE02mA3mA4mAIC1.96 mA2.94mA3.92 mAIB0.04mA0.06mA0.08mA 解：(1) 電流關(guān)系滿足IB+IC=IE，則填表。 (2) ICBO定義為發(fā)射極開路（IE=0）時基極電流

13、，故ICBO=； (3) , 通過和計算結(jié)果可以看出，二者差別很小，故可統(tǒng)一用和表示而不在區(qū)分。1.16 在題圖1.16所示電路中,已知晶體管為硅管,100,厄爾利電壓,其它參數(shù)已標(biāo)在圖中。試求管子的靜態(tài)電流IBQ、ICQ、IEQ和電壓VCEQ的值,并計算晶體管小信號等效電路中的參數(shù)的值。解：求管子靜態(tài)工作點(diǎn)時交流信號短路。 ， 在靜態(tài)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上求交流小信號特征參數(shù)。1.17 已知某晶體管的在2MHz左右,若在15MHz頻率條件下測得,則該管子的fT和低頻各為多少？若某管子的特征頻率fT=200MHz,在f=1kHz時測得為80,則該管子的約為多少？解：，將=2MHz，f=15MHz時 可求

14、, 而fT×=150MHz。晶體管f=1kHz時對應(yīng)其低頻部分，此時，而；1.18 已知一個晶體管的工作電電流為IC=1mA,且在50MHz時測得。求該管子的和。解：已知晶體管： 1.19 已知兩個場效應(yīng)晶體管的輸出特性如題圖1.19(a)(b)所示。試指出它們分別屬于哪種類型的場效應(yīng)管？并畫出相應(yīng)的電路符號和轉(zhuǎn)移特性示意圖,說明每個管子的夾斷電壓VP(或開啟電壓VTH)和飽和電流IDSS的值。 (a)：VGS=0時有電流，為耗盡型；ID<0和VDS<0，為P溝道；VGS=0時ID不是最大，為MOS管； 綜合：P溝道 耗盡型 MOS管; VTH=3 V IDSS=-3.3

15、 mA (b)：VGS=0時有電流，為耗盡型；ID<0和VDS<0，為P溝道；VGS>0時ID存在，則為結(jié)型管 綜合：P溝道結(jié)型管； VP=8 V IDSS=4.5 mA 1.20 在題圖1.20(a)(d)所示的四個電路中,試判斷它們分別工作在哪個工作區(qū)(指飽和區(qū)、截止區(qū)、變電阻區(qū)或恒流狀態(tài))？ 解題思路（恒流狀態(tài)指Vgs不變時，工作于放大區(qū)(飽和區(qū))）：1）判讀FET類型；2）對于N溝道來說VGS<VTH(P)截止區(qū)VGS>VTH(P)且VDS>(VGS-VTH)飽和區(qū)VGS>VTH(P)且VDS<(VGS-VTH)變電阻區(qū)對于P溝道來說VGS>VTH(P)截止區(qū)VGS<VTH(P)且VDS<(VGS-VTH)飽和區(qū)VGS<VTH(P)且VDS>(VGS-VTH)變電阻區(qū)a) N溝道結(jié)型FET b) N溝道增強(qiáng)型FET c) P溝道結(jié)型FET d) P溝道耗盡型FET a) N溝道結(jié)型FETVDS=VDD-RD*ID=6.4V>(VGS-VP)=3V所以處于飽和區(qū)。b) N溝道增強(qiáng)型FETVGS=2V < VTH=3V截止區(qū)c)P溝道結(jié)型FET所以為變電阻區(qū)d) P溝道耗盡型FET所以為飽和區(qū)1.21 題圖1.21是由工作在變電阻區(qū)的MOS