第1章__半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用習(xí)題解答

1、第1章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路自測(cè)題1.1 判斷下列說法是否正確，用“”和“´”表示判斷結(jié)果填入空內(nèi)1. 半導(dǎo)體中的空穴是帶正電的離子。（ ´ ）2. 溫度升高后，本征半導(dǎo)體內(nèi)自由電子和空穴數(shù)目都增多，且增量相等。（ ）3. 因?yàn)镻型半導(dǎo)體的多子是空穴，所以它帶正電。（ ´ ）4. 在N型半導(dǎo)體中如果摻入足夠量的三價(jià)元素，可將其改型為P型半導(dǎo)體。（ ）5. PN結(jié)的單向?qū)щ娦灾挥性谕饧与妷簳r(shí)才能體現(xiàn)出來。（ ）1.2 選擇填空1. N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是 A ；P型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是 B 。 A自由電子 B空穴2. N型半導(dǎo)體 C ；P型半導(dǎo)體 C 。 A帶

2、正電 B帶負(fù)電 C呈電中性3. 在摻雜半導(dǎo)體中，多子的濃度主要取決于 B ，而少子的濃度則受 A 的影響很大。 A溫度 B摻雜濃度 C摻雜工藝 D晶體缺陷4. PN結(jié)中擴(kuò)散電流方向是 A ；漂移電流方向是 B 。 A從P區(qū)到N區(qū) B從N區(qū)到P區(qū)5. 當(dāng)PN結(jié)未加外部電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 C 飄移電流。 A大于 B小于 C等于6. 當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 A 漂移電流，耗盡層 E ；當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 B 漂移電流，耗盡層 D 。 A大于 B小于 C等于 D變寬 E變窄 F不變7. 二極管的正向電阻 B ，反向電阻 A 。 A大 B小8. 當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管的正向電壓 B

3、，反向電流 A 。 A增大 B減小 C基本不變9. 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)是其工作在 C 狀態(tài)。 A正向?qū)?B反向截止 C反向擊穿1.3 有A、B、C三個(gè)二極管，測(cè)得它們的反向電流分別是2mA、0.5mA、5mA；在外加相同的正向電壓時(shí)，電流分別為10mA、 30mA、15mA。比較而言，哪個(gè)管子的性能最好？【解1.3】：二極管在外加相同的正向電壓下電流越大，其正向電阻越??；反向電流越小，其單向?qū)щ娦栽胶?。所以B管的性能最好。題習(xí)題11.1 試求圖P1.1所示各電路的輸出電壓值UO，設(shè)二極管的性能理想。 （a） （b） （c） （d） （e） （f）圖P1.4 【解1.1】：二極管電路，通過比較二極

4、管兩個(gè)電極的電位高低判斷二極管工作在導(dǎo)通還是截止?fàn)顟B(tài)。方法是先假設(shè)二極管斷開，求出二極管陽極和陰極電位，電路中只有一個(gè)二極管：若陽極電位高于陰極電位（或二極管兩端電壓大于其導(dǎo)通電壓Uon），二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)壓降為0（對(duì)于理想二極管）或Uon（對(duì)于恒壓源模型的二極管）；若陽極電位低于陰極電位（或二極管兩端電壓小于其導(dǎo)通電壓Uon），二極管反偏截止，流過二極管的電流為零。如果電路中有兩個(gè)二極管：若一個(gè)正偏，一個(gè)反偏，則正偏的導(dǎo)通，反偏的截止；若兩個(gè)都反偏，則都截止；若兩個(gè)都正偏，正偏電壓大的優(yōu)先導(dǎo)通，進(jìn)而再判斷另一只二極管的工作狀態(tài)。 圖(a)二極管VD導(dǎo)通，UO=5V 圖(b) 二極管VD

5、導(dǎo)通，UO= -7V 圖© 二極管VD截止，UO= -1V 圖(d) 二極管VD1導(dǎo)通，VD2截止，UO=0V 圖(e) 二極管VD1截止，VD2導(dǎo)通，UO= -9V 圖(f) 二極管VD導(dǎo)通，UO=0V1.2 在圖P1.2所示電路圖中，試求下列幾種情況下輸出端Y點(diǎn)的電位及流過各元件的電流。UA=UB=0V；UA=3V，UB=0V。設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon=0.7V。【解1.2】：（1）二極管VD1和VD2均承受正向電壓，且正向電壓相等，都導(dǎo)通。所以輸出端Y點(diǎn)電位：UY=Uon=0.7V。流過二極管VD1和VD2的電流：（2）二極管VD1和VD2均承受正向電壓，但VD2承受的正向電壓

6、大，VD2優(yōu)先導(dǎo)通。所以輸出端Y點(diǎn)電位：UY=Uon=0.7V。將VD1鉗制在截止?fàn)顟B(tài)。流過二極管VD1的電流，流過二極管VD2的電流圖P1.2 圖P1.31.3 分析圖P1.3所示電路中各二極管的工作狀態(tài)，試求下列幾種情況下輸出端Y點(diǎn)的電位及流過各元件的電流。UA=UB=0V；UA=5V，UB=0V；UA=UB=5V。二極管的導(dǎo)通電壓Uon=0.7V?！窘?.3】：（1）二極管VD1和VD2均處于零偏狀態(tài)，所以都截止。輸出端Y點(diǎn)電位：UY=0。流過二極管VD1和VD2的電流。（2）二極管VD1正偏導(dǎo)通，所以輸出端Y點(diǎn)電位：UY=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。將VD2鉗制在截止?fàn)顟B(tài)。

7、流過二極管VD1流過二極管VD1和VD2的電流,流過二極管VD2的電流。（3）二極管VD1和VD2均承受正向電壓，且正向電壓相等，都導(dǎo)通。所以輸出端Y點(diǎn)電位：UY=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。流過二極管VD1和VD2的電流。1.4 在圖P1.4所示電路中，已知輸入電壓ui=5sinwt（V），設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon=0.7V。分別畫出它們的輸出電壓波形和傳輸特性曲線uo=f（ui）。（a） （b） （c）圖P1.4【解1.4】：在（a）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管兩端的電壓UVD=ui。當(dāng)UVD³Uon，即ui³0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓uo=u

8、i-0.7V；當(dāng)UVD<Uon，即ui<0.7V時(shí)，二極管截止，輸出電壓uo=0。輸出電壓的波形如圖解P1.4（a）1所示，傳輸特性如圖解P1.4（a）2所示。在（b）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管兩端的電壓UVD=ui。當(dāng)UVD³Uon，即ui³0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓uo= 0.7V；當(dāng)UVD<Uon，即ui<0.7V時(shí)，二極管截止，輸出電壓uo=ui。輸出電壓的波形如圖解1.4P（b）1所示，傳輸特性如圖解1.4P（b）2所示。在（c）圖所示電路中，當(dāng)ui³0.7V時(shí)，二極管VD1導(dǎo)通，輸出電壓uo=0.7V；當(dāng)ui&#

9、163;-0.7V時(shí)，二極管VD2導(dǎo)通，輸出電壓uo=-0.7V；當(dāng)-0.7V<ui<0.7V時(shí)，VD1、VD2都截止，輸出電壓uo=ui。輸出電壓的波形如圖解1.4P（c）1所示，傳輸特性如圖解1.4P（c）2所示。 圖解T1.4（a）1 圖解T1.4（b）1 圖解T1.4（c）1 圖解T1.4（a）2 圖解T1.4（b）2 圖解T1.4（c）21.5 在圖P1.3所示電路中，已知ui=10sinwt（V），二極管的性能理想。分別畫出它們的輸入、輸出電壓波形和傳輸特性曲線uo=f（ui）。（a） （b） （c）圖P1.5【解1.5】：在（a）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管兩

10、端的電壓UVD=5V-ui。當(dāng)UVD>0，即ui<5V時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓uo=5V；當(dāng)UVD£0，即ui³5V時(shí)，二極管截止，輸出電壓uo=ui。輸出電壓的波形如圖解P1.5（a）1所示，傳輸特性如圖解P1.5（a）2所示。 在（b）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管VD1兩端的電壓UVD1=-ui，VD2兩端的電壓UVD2=ui-3V。當(dāng)ui>3V時(shí)，VD2導(dǎo)通，輸出電壓uo=3V；當(dāng)ui<0時(shí)，VD1導(dǎo)通，輸出電壓uo=0；當(dāng)0£ui£3V時(shí)，VD2、VD1都截止，輸出電壓uo=ui。輸出電壓的波形如圖解P1.5（b）

11、1所示，傳輸特性如圖解P1.5（b）2所示。在（b）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管VD1兩端的電壓UVD1=-5V-ui，VD2兩端的電壓UVD2=ui-3V。當(dāng)ui>3V時(shí)，VD2導(dǎo)通，輸出電壓uo=3V；當(dāng)ui<-5V時(shí)，VD1導(dǎo)通，輸出電壓uo=-5V；當(dāng)-5V£ui£3V時(shí)，VD2、VD1都截止，輸出電壓uo=ui。輸出電壓的波形如圖解P1.5（c）1所示，傳輸特性如圖解P1.5（c）2所示 圖解P1.5（a）1 圖解1.5P（b）1 圖解P1.5（c）1 圖解1.5（a）2 圖解1.5（b）2 圖解1.5（c）21.6 圖P1.4所示為一限幅電路

12、，輸入電壓ui=10sinwt（V），試畫出輸出電壓的波形和傳輸特性曲線。設(shè)VD1、VD2的性能均理想。 圖P1.6 圖解P1.6 (a)【解1.6】：設(shè)流過VD1、VD2、R1、R2的電流分別為iD1、iD2、i1、i2，參考方向如圖解1.6P(a)所示。當(dāng)VD1、VD2均導(dǎo)通時(shí)，由此可得，VD1導(dǎo)通的條件是：ui>4V；VD2導(dǎo)通的條件是：ui<8V。故ui³8V時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2截止，輸出電壓uo=8V；4V<ui<8V時(shí)，VD1、VD2都導(dǎo)通，輸出電壓uo=ui；ui£4V時(shí)，VD1截止，VD2導(dǎo)通，輸出電壓。輸出電壓的波形如圖解P1.6

13、(b）所示，傳輸特性如圖解P1.6(c)所示。 圖解P1.6(b) 圖解P1.6(c)1.7 電路如圖P1.7所示。輸入電壓ui=10sinwt（mV），二極管的導(dǎo)通電壓Uon=0.7V，電容C對(duì)交流信號(hào)的容抗可忽略不計(jì)。試計(jì)算輸出電壓的交流分量?！窘?.7】：只有直流電壓作用時(shí)，電容C開路，流過二極管的電流為mA，由此可估算出二極管VD的動(dòng)態(tài)電阻為：在進(jìn)行交流分析時(shí)，令直流電壓和電容短路，二極管用交流等效電阻rd代替，此時(shí)，電路可等效為圖解P1.7。由圖可求得輸出電壓的交流分量為（mV） 圖P1.7 圖解P1.71.8 有兩個(gè)硅穩(wěn)壓管，VDZ1、VDZ2的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向?qū)?/p>

14、壓為0.7V，穩(wěn)定電流是5mA。求圖P1.8各個(gè)電路的輸出電壓UO。（a） （b） （c）（d） （e） （f）圖P1.8【解1.6】：圖a UO=6V+8V=14V；圖b UO=6V+0.7V=6.7V；圖c UO=0.7V+0.7V=1.4V；圖d UO=0.7V；圖e UO=0.7V；圖f UO=6V。1.9 已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大功耗PZM=150mW。試求圖P1.9所示電路中限流電阻R的取值范圍?！窘?.9】：由題可知穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流mA=25mA流過穩(wěn)壓管的電流IZ應(yīng)滿足：，又因?yàn)椋?，由此可得限流電阻R的取值范圍：0.36kW<

15、;R<1.8kW1.10 圖P1.10所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大功耗PZM=125mW。限流電阻R=1kW，負(fù)載電阻RL=500W。 分別計(jì)算輸入電壓UI為12V、35V三種情況下輸出電壓Uo的值。 若輸入電壓UI=35V時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？ 圖P1.10【解1.10】： 根據(jù)題意可知流過穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流當(dāng)UI12V時(shí)，穩(wěn)壓管未擊穿。故當(dāng)UI35V時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿，流過穩(wěn)壓管的電流為因?yàn)椋苑€(wěn)壓管能穩(wěn)壓，輸出電壓UO=UZ=6V 當(dāng)UI=35V，負(fù)載開路時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流29mAIZM20.83mA，穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。1.11 圖1.11所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，如果穩(wěn)壓管選用2DW7B，已知其穩(wěn)定電壓UZ=6V，最大穩(wěn)定電流IZmax=30mA，最小穩(wěn)定電流IZmin=10mA，限流電阻R=200W。 假設(shè)負(fù)載電流IL=15mA，則允許輸入電壓的變化范圍為多大？才能保證穩(wěn)壓電路正常工作？ 假設(shè)給定輸入直流電壓UI=13V，則允許負(fù)載電流IL的變化范圍為多大？ 如果負(fù)載電流也在一定范圍變化，設(shè)IL=1015mA，此時(shí)