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)?P 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 帶正電B帶負(fù)電C呈電中性3.在

2、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，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)˙

3、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2 A、0.5A 、5A ；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，其正向電阻越小；反向電流越小，其單向?qū)щ娦栽胶?。所?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。Uon），二極VD+5V3kVDVD3kUOUOUO3k7V5V1V5V（a）（b）（c）VD 1VD 1VD 2+VD 2+U O3k UO3k VD7V3k 2k 9VUO5V6

4、V10V5V_.（ d）（e）（ f）圖 P1.4【解 1.1】：二極管電路，通過比較二極管兩個(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(yáng)極和陰極電位，電路中只有一個(gè)二極管：若陽(yáng)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(yáng)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

5、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 導(dǎo)通， UO=7V圖? 二極管 VD 截止， UO=1V圖(d) 二極管 VD 1 導(dǎo)通， VD 2 截止， UO=0V圖(e) 二極管 VD1 截止， VD 2 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。 UAB=0V；A=3V，B=0V。設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓Uon。=UUU=0.7V【解 1.2】：（1）二極管 VD 1 和 VD 2 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

6、：UYon。 流 過 二 極 管VD1 和 VD2 的電流：=U =0.7V1 10V0.7VI VD1 I VD21k4.65mA2（ 2）二極管 VD 1 和 VD 2 均承受正向電壓，但 VD 2 承受的正向電壓大， VD 2 優(yōu)先導(dǎo)通。所以輸出端 Y 點(diǎn)電位： UYon。將VD1 鉗制在截止?fàn)顟B(tài)。流過二極管 VD 1=U=0.7V的電流 I VD1 0，流過二極管 VD2 的電流 I VD210V 0.7V9.3mA1k10VVD 1AVD 2BY1kVD 11k AYVD 2B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

7、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?1.3】：（1）二極管 VD 1 和 VD 2 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 VD 1 和 VD 2 的電流 I VD1I VD2 0。（2）二極管 VD 1 正偏導(dǎo)通，所以輸出端Y 點(diǎn)電位： UY =UA-Uon=5V-0.7V=4.3V 。將VD 2 鉗制在截止?fàn)顟B(tài)。 流過二極管 VD 1 流過二極管 VD 1 和 VD 2 的電流 I VD14.3V,4.3mA1k流過二極管 VD 2 的電流 I VD20 。（3

8、）二極管 VD 1 和 VD 2 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 VD 1 和 VD 2 的電流I VD1 I VD21 4.3V2.15mA。2 1ku =5sint（V ），設(shè)二極管的導(dǎo)通電壓1.4 在圖 P1.4所示電路中，已知輸入電壓iUon=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）。VD3k 3k+VD+UVDU VDVD 1VD 2ui3kuouiuou iUVD1uoU VD2+（ a）（b）（c）圖 P1.4【解 1.4】：在（ a）圖所示電路中，當(dāng)二極

9、管斷開時(shí)，二極管兩端的電壓UVD i。當(dāng)on，即 ui時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓；當(dāng)=uUVDU0.7Voi0.7VUVDUon，即u =uui0.7V 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 i 。當(dāng) UVDUon，即 uio；當(dāng)=u0.7V 時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓UVDUon，即 ui0.7V 時(shí)，二極u = 0.7V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。時(shí)，二極管1

10、 導(dǎo)通，輸出電壓 uo；當(dāng)在（ c）圖所示電路中，當(dāng) ui0.7VVDi時(shí)，二極管i=0.7V1、0.7VVD2 導(dǎo)通，輸出電壓 uo0.7V；當(dāng)0.7V0.7V時(shí)，u=uVDVD2都截止，輸出電壓 uoi 。輸出電壓的波形如圖解1.4P（c）1 所示，傳輸特性如圖解=u1.4P（ c）2 所示。ui /Vu i /Vui/V5550.7t0.7t0.700t0.7uououo4.3t0.7t0.700t0.7圖解 T1.4（ a）1圖解 T1.4（b） 1圖解 T1.4（c） 1uo /Vuo /Vuo/V4.3050.70.70.7u i/Vui /Vui/V0.70.750.7550.7

11、55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=10sint（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 （ i ）。=fu2k 2k 2k+VD+VD 2+VD 1VD 2+ui5VuouiVD 13Vuou i5V3Vu o_（ 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)， 二極管兩端的電壓 UVD=5Vi。當(dāng) UVD，u即 ui0o；當(dāng)VD，即i時(shí)，二極管截止，5V時(shí)，二極管導(dǎo)通，輸出電壓U05Vu =5Vu輸出電壓 uoi 。輸出電壓的波

12、形如圖解P1.5（a）1 所示，傳輸特性如圖解P1.5（ a）2=u所示。1 兩端的電壓 UVD1i， VD 2在（ b）圖所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管VD=；當(dāng)u兩端的電壓 UVD2i3V。當(dāng)i時(shí)，VD2 導(dǎo)通，輸出電壓 uoi0時(shí)，VD1=uu 3V=3Vu導(dǎo)通，輸出電壓 uo；當(dāng)0i3V時(shí)，VD2、 VD 1 都截止，輸出電壓 uoi。輸出電=0u=u壓的波形如圖解 P1.5（b）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VD 1 兩端的電壓 UVD1=5Vi ，uVD 2 兩端的電壓 UVD2 =ui3V。當(dāng) ui 3V 時(shí)，VD

13、 2 導(dǎo)通，輸出電壓 uo=3V；當(dāng) ui5V時(shí)，VD 1 導(dǎo)通，輸出電壓 uo=5V；當(dāng)5Vi3V時(shí)，VD2、VD 1 都截止，輸出電u壓 uo i 。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=uui /Vui /Vui /V10101053t3tt00.70uo /Vuo /Vu o/V1053t30tt00圖解 P1.5（ a）1圖解 1.5P（b） 1圖解 P1.5（c） 1uo/Vu o/Vu o/V1053ui /V310050u i /V0 3ui /V101010圖解 1.5（ a）2圖解 1.5（b）2圖解 1.5（ c）21

14、.6 圖 P1.4 所示為一限幅電路，輸入電壓u =10sint（V ），試畫出輸出電壓的波i形和傳輸特性曲線。設(shè) VD 1、VD 2 的性能均理想。VD 1VD 2iD1VD 1iD2VD 2+i1i2+10k20k10k20kR1R2uouiR1R2uoui2V8V2V8V_圖 P1.6圖解 P1.6 (a)【解 1.6】：設(shè)流過 VD 1、VD 2、R1、R2 的電流分別為iD1、i D2、i1、i2，參考方向如圖解 1.6P(a)所示。當(dāng) VD 1、 VD 2 均導(dǎo)通時(shí)i D2i28 ui8 ui， iD1(i1 iD 2)(8 ui2 ui)3ui12，由此可得， VD 1 導(dǎo)通的R

15、220R2R120條件是： ui4V；VD2導(dǎo)通的條件是： ui8V。故 i8V時(shí)，VD1 導(dǎo)通， VD 2 截止，u輸出電壓 uo=8V；1、 VD 2 都導(dǎo)通，輸出電壓 uo4Vi時(shí)，VDi ；u 8V=ui4V 時(shí)， VD1 截止， VD 2 導(dǎo)通，輸出電壓uo8210 24V 。u2010輸出電壓的波形如圖解P1.6(b）所示，傳輸特性如圖解P1.6(c)所示。ui /V1084tuo /V0uo884ui /Vt048100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 =10sin（tmV ），二極管的導(dǎo)通電壓 Uon=0.7V，電容 C

16、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。【解1.7】：只有直流電壓作用時(shí)，電容C 開路，流過二極管的電流為100.7I DQmA 1.8 mA ，5.1由此可估算出二極管 VD 的動(dòng)態(tài)電阻為： rd26(mV )26 14 .4I D Q (mA )1.8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uouird R2 /( R1rd R2 )uird3.65 sint （mV ）rd R2rd R2R1 rdC2525+R1+R1+VD5.1kui5.1k uuir doRuo10VR

17、22_圖 P1.7圖解 P1.71.8 有兩個(gè)硅穩(wěn)壓管， VD Z1、VD Z2 的穩(wěn)定電壓分別為 6V和 8V ，正向?qū)妷簽?.7V，穩(wěn)定電流是 5mA。求 圖 P1.8 各個(gè)電路的輸出電壓 UO。2k 2k 2k VD z1+VD z1+VD z1+20V20VUO20VUOVD z2UOVD z2VD z2（ a）（b）（c）2k2k2k+VD z1VD z2VD z1VD z2VD z1VD z220V20VUO20VUOUO（ d）（e）（f）圖 P1.8【 解 1.6 】： 圖 aUO=6V+8V=14V； 圖 bUO=6V+0.7V=6.7V； 圖 cUO=0.7V+0.7V

18、=1.4V ；圖 dUO=0.7V；圖 eUO=0.7V；圖 fUO=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P =150mW。ZM試求圖 P1.9 所示電路中限流電阻 R 的取值范圍?！窘?1.9】：由題可知穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IPZM150ZmaxU Z6 mA=25mA流過穩(wěn)壓管的電流 I Z 應(yīng)滿足： I ZminI ZI Zmax ，又因?yàn)椋篒 ZUI UZ15V 6VR，由此可得限流電阻 R 的取值范圍： 0.36kR1.8kR1.10 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

19、電流IZmin =5mA ，最大功耗 PZM =125mW。限流電阻 R=1k，負(fù)載電阻 RL=500。 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？R+U IVD ZRLU O_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I ZmaxPZM12520.83mAU ZmA6當(dāng) UI12V 時(shí)， UI RRL120.5V4VU Z ，穩(wěn)壓管未擊穿。故R1 0.5LU ORLU I4VRRL當(dāng) UI35V 時(shí)， UIRL350.511.67VU Z ，穩(wěn)壓管反向擊穿，流過穩(wěn)壓管VR RL10.5的電流為UI UZU O356617mAI ZRL10.5R因?yàn)?I ZminI ZI Zmax，所以穩(wěn)壓管能穩(wěn)壓，輸出電壓UO=UZ=6V 當(dāng) U I=35V ，負(fù)載開路時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流I Z (U I U Z ) R 29mA IZM 20.83mA，穩(wěn)壓管將