第1章常用半导体器件 第1章常用半导体器件 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 (2)当温度升高时,二极管的反向饱和电流将 A.增大 B.不变 减小 (3)工作在放大区的某三极管,如果当lB从12μA增大到22μA时, lc从1mA变为2mA,那么它的B约为 A.83 B.91 C.100 (4)当场效应管的漏极直流电流l从2mA变为4mA时,它的低频跨 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u1=10sino(v),试画出u;与uo的波形 设二极管正向导通电压可忽略不计 图P13 解图P1.3 解:u1和uo的波形如解图P1.3所示。 1.4电路如图P1.4所示,已知u;=5 sin o I(V),二极管导通电压 0.7V。试画出l1与uo的波形,并标出幅值
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 1 - 第 1 章 常用半导体器件 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 12μ A 增 大 到 22μ A 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＝ 10sinω t(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＝ 5sinω t (V)， 二 极 管 导 通 电 压 UD＝ 0.7V。 试 画 出 ui 与 u O 的 波 形 ， 并 标 出 幅 值
第1章常用半导体器件 图P1.4 图P1.4 解:波形如解图P1.4所示 1.5电路如图Pl.5(a)所示,其输入电压un和u12的波形如图(b)所 示,o-中”^3V。试画出输出电压vo的波形,并标出幅值 (+5V) 图P1.5 解:uo的波形如解图P1.5所示
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 2 - 图 P1.4 解 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 uI 1 和 uI 2 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 。 图 P1.5 解 ： uO 的 波 形 如 解 图 P1.5 所 示
第1章常用半导体器件 解图P1.5 1.6电路如图P1.6所示,二极管导通电压Ub=07V,常温下Ur≈26mV, 电容C对交流信号可视为短路;v1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 D=(-Ub)/R=2.6mA 其动态电阻 rD≈Ur//D=109 故动态电流有效值 ld=U/rD≈1mA 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 Iz=5mA,最 大功耗PzM=150mW。试求图P18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 U=15VD本U=6V 电阻R的电流为zM~ lz,所以其取值 范围为 =0.36~1.8kg2 图P1.8 1.9已知图P19所示电路中稳压管的稳定电压Uz=6V,最小稳定电流 zmin=5mA,最大稳定电流 Iz=25mA。 (1)分别计算U1为10V、15V、35V三种 情况下输出电压Uo的值 (2)若=35V时负载开路,则会出现 本00 什么现象?为什么? 解:(1)当U1=10V时,若Uo=Uz =6V,则1k9电阻的电流为4mA,则稳压
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 3 - 解 图 P1.5 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/I D＝ 10Ω 故 动 态 电 流 有 效 值 I d＝ Ui/r D≈ 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 IZ m i n＝ 5mA，最 大 功 耗 PZ M＝ 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 IZ M＝ PZ M /UZ＝ 25mA 电 阻 R 的 电 流 为 IZ M～ IZ m i n，所 以 其 取 值 范 围 为 0.36 1.8k Z I Z ～ I U U R 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 IZ m i n＝ 5mA， 最 大 稳 定 电 流 IZ ma x＝ 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 ？ 解 ： （ 1） 当 UI＝ 10V 时 ， 若 UO＝ UZ ＝ 6V，则 1kΩ 电 阻 的 电 流 为 4mA，则 稳 压
第1章常用半导体器件 管电流小于其最小稳定电流,所以稳压管未击穿。 图P1.9 R ≈ R+r 同理,当U1=15V时,稳压管中的电流仍小于最小稳定电流 Iz,所以 Uo=5V 当U1=35V时,zminlzM=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 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 Rm=(-UD)/bomx≈2332 Rmax=(V-UD)/IDmin =700%2o 1.11电路如图P1.l1(a)、(b)所示,稳压管的稳定电压Uz=3V,R 的取值合适,1的波形如图(c)所示。试分别画出uo和lo2的波形 D本 图P111 解:波形如解图P1.11所示 解图P1.11
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 4 - 管 电 流 小 于 其 最 小 稳 定 电 流 ， 所 以 稳 压 管 未 击 穿 。 图 P1.9 故 I 3.33V L L O U R R R U 同 理 ， 当 UI＝ 15V 时 ， 稳 压 管 中 的 电 流 仍 小 于 最 小 稳 定 电 流 IZ mi n， 所 以 UO＝ 5V 当 UI＝ 35V 时 ， IZ mi n<IZ< IZ M， UO＝ UZ＝ 6V。 （ 2）I D (UI UZ ) R Z 29mA＞ IZ M＝ 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 。 ( ) 700 ( ) 233 max D Dmin min D Dmax R V U I R V U I 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 uO 1 和 uO 2 的 波 形 。 图 P1.11 解 ： 波 形 如 解 图 P1.11 所 示 。 解 图 P1.11
第1章常用半导体器件 1.12在温度20℃时某晶体管的lcBo=2μA,试问温度是60℃时lcBo≈? 解:60℃时lcBo≈lcBo(r=20)=32uA 1.13有两只晶体管,一只的B=200,IcEo=200μA:另一只的B=100, lcEo=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B=100、cBo=10μA的管子,因其B适中、lcEo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。 \ImA ImA (b) 图P1.14 解:答案如解图P1.14所示。 Lima 解图P1.14 1.15测得放大电路中六 oliV 12V 只晶体管的直流电位如图 P1.15所示。在圆圈中画出 3.7V 管子,并分别说明它们是硅 管还是锗管 解:晶体管三个极分别 为上、中、下管脚,答案如12.2v 解表P1.15所示
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 5 - 1.12 在 温 度 20℃ 时 某 晶 体 管 的 IC BO＝ 2μ A，试 问 温 度 是 60℃ 时 IC BO≈ ？ 解 ： 60℃ 时 IC B O≈ ICBO（T＝20C）＝ 32μ A。 1.13 有 两 只 晶 体 管，一 只 的 β ＝ 200，IC E O＝ 200μ A；另 一 只 的 β ＝ 100， IC E O＝ 10μ A， 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、 IC B O＝ 10μ A 的 管 子 ， 因 其 β 适 中 、 IC E O 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 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 。 解 ： 晶 体 管 三 个 极 分 别 为 上 、 中 、 下 管 脚 ， 答 案 如 解 表 P1.15 所 示
第1章常用半导体器件 图P1.15 解表P1.15 上 e b 中 b b 管型PNP NPN NPN PNP PNP NPN 材料 1.16电路如图P1.16所示,晶体管导通时UBE=0.7V,B=50。试分析 BB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=1 (2)当VBB=1V时,因为 Vn -U RD BIBo =31 S Rc 所以T处于放大状态。 (3)当VBB=3V时,因为 160uA R BiBo =8mA lo=Vcc - U 所以T处于饱和状态。 1.17电路如图P1.17所示,试问B大于多少时晶体管饱和? 解:取UcEs=UBE,若管子饱和,则 1 00kQL B Rb R=BRc 所以,B≥ R 100时,管子饱和 R c 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 解:当u=0时,晶体管截止,稳压管击穿,uo=-Uz=-5V
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 6 - 图 P1.15 解 表 P1.15 管 号 T1 T2 T3 T4 T5 T6 上 e c e b c b 中 b b b e e e 下 c e c c b c 管 型 PNP NPN NPN PNP PNP NPN 材 料 Si Si Si Ge Ge Ge 1.16 电 路 如 图 P1.16 所 示 ， 晶 体 管 导 通 时 UB E＝ 0.7V， β =50。 试 分 析 VB B 为 0V、 1V、 1.5V 三 种 情 况 下 T 的 工 作 状 态 及 输 出 电 压 u O 的 值 。 解：（ 1）当 VB B＝ 0 时，T 截 止，u O＝ 12V。 （ 2） 当 VB B＝ 1V 时 ， 因 为 60 b BB BEQ BQ R V U I μ A 9V 3mA O CC CQ C CQ BQ u V I R I I 所 以 T 处 于 放 大 状 态 。 （ 3） 当 VB B＝ 3V 时 ， 因 为 160 b BB BEQ BQ R V U I μ A 图 P1.16 O CQ C BE CQ BQ 8mA u V I R U I I CC ＜ 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 饱 和 ？ 解 ： 取 UC E S＝ UB E， 若 管 子 饱 和 ， 则 b C C CC BE b CC BE R R R V U R V U 所 以 ， 100 C b R R 时 ， 管 子 饱 和 。 图 P1.17 1.18 电 路 如 图 P1.18 所 示 ， 晶 体 管 的 β ＝ 50， |UB E|＝ 0.2V， 饱 和 管 压 降 |UC ES |＝ 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 u O＝ ？ 当 uI＝ － 5V 时 uO＝ ？ 解 ： 当 uI＝ 0 时 ， 晶 体 管 截 止 ， 稳 压 管 击 穿 ， uO＝ － UZ＝ － 5V
第1章常用半导体器件 当l=-5V时,晶体管饱和,uo=0.1V。因为 l1-UBE=480IA R Rb Ic=BlB=24mA T UEC=VcC -IcRC<VcO 10kQ 图P1.18 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。 长r工凸KrKr 1.5V -6v (a) (c .5V 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lDss=2mA, UGs oft)=-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 (1
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 7 - 当 uI＝ － 5V 时 ， 晶 体 管 饱 和 ， u O＝ 0.1V。 因 为 24mA 480μA C B b I BE B I I R u U I EC CC C RC VCC U V I ＜ 图 P1.18 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。 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 ID S S＝ 2mA， UG S （ o f f ） ＝ － 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 2 GS(th) GS D DSS (1 ) U u i I
第1章常用半导体器件 逐点求出确定的uGs下的讠,可近似画出转移特性和输出特性:在输出特性 中,将各条曲线上lGD=UGs(om的点连接起来,便为予夹断线;如解图Pl.20 所示 1.5 解图P1.2 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4、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P 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 8V
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 8 - 逐 点 求 出 确 定 的 u G S 下 的 iD， 可 近 似 画 出 转 移 特 性 和 输 出 特 性 ； 在 输 出 特 性 中，将 各 条 曲 线 上 u G D＝ UG S（ o f f ） 的 点 连 接 起 来，便 为 予 夹 断 线；如 解 图 P1.20 所 示 。 解 图 P1.20 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
第1章常用半导体器件 图P122 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i=f(us)坐标系,描点 连线, 即可 得到转 12V 移特 性曲 如解图 10V Pl.22 (b)所 8V l02;V 解图P1.22 1.23电路如图1.23所示,T的输出特性如图P122所示,分析当u1=4V、 8V、12V三种情况下场效应管分别工作在什么区 域 +12V 解:根据图P1.22所示T的输出特性可知 R 3.3kg 其开启电压为5V,根据图P1.23所示电路可知 所以ucs=u1 当u1=4V时,los小于开启电压,故T截止 当u=8V时,设T工作在恒流区,根据 输出特性可知i≈0.6mA,管压降 uDs≈VDD-iDRd≈10V 因此,GD=lGs-lDs≈-2V,小于开启电压 图P123 说明假设成立,即T工作在恒流区。 当l1=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 Ro R R8 R。[R Rg
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 9 - 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 UG S 值，建 立 iD＝ f（ u G S）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 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 。 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 uG S＝ uI。 当 uI＝ 4V 时，u G S 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 u D S≈ VD D－ i DRd≈ 10V 因 此 ， uG D＝ uG S－ u D S≈ － 2V， 小 于 开 启 电 压 ， 图 P1.23 说 明 假 设 成 立 ， 即 T 工 作 在 恒 流 区 。 当 uI＝ 12V 时 ， 由 于 V D D ＝ 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
第1章常用半导体器件 解:(a)可能(b)不能(c)不能(d)可能
第 1 章 常 用 半 导 体 器 件 - 10 - 图 P1.24 解 ： （ a） 可 能 （ b） 不 能 （ c） 不 能 （ d） 可 能