模拟1 半导体器件
模拟电子技术习题答案(1)
模拟电子技术习题答案(1)第一章常用半导体器件1习题答案〖题1.1〗（1）杂质浓度，温度（2）呈圆形电中性，呈圆形电中性（3）等同于，大于，变宽，大于，变窄（4）逆向打穿（5）减小，减小，增大（6）左移，下移，加高（7）、发射结，erf（8）一种载流子参予导电，两种载流子参予导电，压控，流控。
〖题1.2〗二极管电路如图t1.2所示，判断图中二极管是导通还是截止，并确定各电路的输出端电压uo。
设二极管的导通压降为ud=0.7v。
adbadr10v5vcb?uo??r5v10vuo?(a)b1d1a?r12v9v?uob1b2(b)d1d2r10v15vuoab2d2??(c)(d)图t1.2解：（a）uo=ua－ud=－5v－0.7v=－5.7v（b）uo=ub=uc=－5v（c）uo=ua=－0.7v（d）uo=ua=－9.3v〖题1.3〗二极管电路例如图t1.3(a)右图，未知ui?10sin?t(mv)，e?1.2v，ui电容c和直流电源e对交流视为短路，二极管的伏安特性曲线如图t1.3(b)所示，r?100?，谋二极管两端的电压和穿过二极管的电流。
解：id?id?id?(5?1.92sin?t)maud?ud?ud?(0.7?0.01sin?t)v+redcid/ma12id8400.30.60.91.2ud/v??ud(a)(b)图t1.3第一章常用半导体器件2〖题1.4〗设图t1.4中的二极管d为理想二极管，试通过计算判断它们是否导通？。
6k?d4k??5k?1k?4k?5kb20v?18kd?20k?14kb?1k5k?15v10vaa10v?2k(a)(b)图t1.4解：(a)ua??10?41?(?20)9v4?61?45ub??2010v,ua?ub,二极管导通；5?525?(?15)4v(b)ua??10?2?185?201ub??151v,ua?ub,二极管截至。
1?141k?1k??d5v?(a)d??〖题1.5〗在图t1.5所示电路中，已知ui=10sinωt(v),二极管的正向压降和反向电流均可忽略。
模拟电子技术课后习题及答案1
第一章 常用半导体器件自 测 题一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
（1）在N 型半导体中掺入足够量的三价元素，可将其改为P 型半导体。
（ ） （2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（ ）（4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
（ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS 大的特点。
（ ）（6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U GS 大于零，则其输入电阻会明显变小。
（ ）解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）×二、选择正确答案填入空内。
（1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。
A. 变窄B. 基本不变C. 变宽（2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。
A. I S e U B.T U U I e S C. )1e (S －TU U I（3）稳压管的稳压区是其工作在 。
A. 正向导通B.反向截止C.反向击穿（4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。
A. 前者反偏、后者也反偏B. 前者正偏、后者反偏C. 前者正偏、后者也正偏（5）U GS＝0V时，能够工作在恒流区的场效应管有。
A. 结型管B. 增强型MOS管C. 耗尽型MOS 管解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C三、写出图所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝。
解：U O1≈，U O2＝0，U O3≈－，U O4≈2V，U O5≈，U O6≈－2V。
四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Zmin＝5mA。
求图所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
解：U O1＝6V，U O2＝5V。
五、某晶体管的输出特性曲线如图所示，其集电极最大耗散功率P CM＝200mW，试画出它的过损耗区。
模拟电子技术基础习题及答案
第一章 半导体器件1-1 当T=300K 时，锗和硅二极管的反向饱和电流I S 分别为1A μ和pA 。
如将此两个二极管串联起来，有1μA 的正向电流流过，试问它们的结电压各为多少？ 解：二极管正偏时，TD U U S eI I ≈ ， ST D I I lnU U ≈ 对于硅管：mV 6.179A1mA1ln mV 26U D =μ≈ 对于锗管：mV 8.556pA5.0mA1ln mV 26U D =≈1-2 室温27C 时，某硅二极管的反向饱和电流I S =。
（1）当二极管正偏压为时，二极管的正向电流为多少？（2）当温度升至67C 或降至10C -时，分别计算二极管的反向饱和电流。
此时，如保持（1）中的正向电流不变，则二极管的正偏压应为多少？ 解：（1）mA 2.7e 101.0eI I mA26mA 65012U U S TD =⨯⨯=≈-（2）当温度每上升10℃时，S I 增加1倍，则pA107.72101.02)27(I )10(I pA6.12101.02)27(I )67(I 37.312102710SS 412102767S S -------⨯=⨯⨯=⨯=-=⨯⨯=⨯=T=300k(即27℃)，30026q K mA 26300qKq KT )27(U T ==⨯==即则67℃时，mA7.716pA 107.7mA2.7ln 8.22U ,C 10mA7.655pA6.1mA 2.7ln 5.29U ,C 67mV8.2226330026)10(U mV 5.2934030026)67(U 3D D T T =⨯=-===⨯=-=⨯=-时时1-3 二极管电路如图P1-3（a ）所示，二极管伏安特性如图P1-3（b ）所示。
已知电源电压为6V ，二极管压降为伏。
试求： （1）流过二极管的直流电流；（2）二极管的直流电阻D R 和交流电阻D r 。
解：（1）mA 53100V7.06I D =Ω-=（2）Ω===Ω==49.0mA 53mA 26I mA 26r 2.13mA53V7.0R D D D1-4 当T=300K 时，硅二极管的正向电压为，正向电流为1mA ，试计算正向电压加至时正向电流为多少？ 解：mA26mA 800SmA26mA 700SU U S e II e I 1mA eI I TD ⨯=⨯=≈则 mA 35.1e I TU 100=≈1-5 双极型晶体管可以等效为二只背靠背的二极管，如图P1-5所示。
模电第1章复习精简版
第一章
半导体器件
价电子
(a) 硅、锗原子结构 最外层电子称价电子 4 价元素
+4
惯性核
4 价元素的原子常常用 + 4 电荷的正离子和周围 4 个价电子表示。
(b) 简化模型
图 1-1 原子结构及简化模型
第一章
半导体器件
2）
本征半导体的原子结构
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导 体称为本征半导体。
带负电的自由电子 带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到 平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关（它随着温度的升 高，基本按指数规律增加）。
I / mA
60 40 死区 20 电压
0 0.4 0.8 U / V
正向特性
第一章
半导体器件
I / mA
–50 –25
– 0.02
2. 反向特性 二极管加反向电压，反 向电流很小； 当电压超过零点几伏后， 反向电流不随电压增加而增 大，即饱和；
0U / V
反向饱 和电流
– 0.04
反向特性
如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电 流会突然增大；
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
杂质半导体的的简化表示法
第一章
半导体器件
1.2 半导体二极管
1）PN 结的形成
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
模拟电子技术题库参考答案(1-5章) - 副本
（2） A um
( Rc // Rc )
rbe
30(5 // 15) 75 1
-3-
模拟电子技术试题汇编参考答案
(3)
Ri Rb1 // Rb 2 // rbe rbe 1k R0 Rc 5k
(4) C e 断开， Re 有电流串联负反馈，（ Aum 下降）， Ri 增加， R0 不变；
（1） 画出直流通路和微变等效电路 （6 分）。 （2）设 U BEQ 0.7V ，求静态工作点
I CQ 、 U CEQ （4 分）
（3）求 Ri 、 Ro 、 Au
.
Uo Ui
.
.
，设 =30，
rbb' =19 4 （6 分）
（4） I CEO 、U CES 忽略不计，估算最大 不失真输出电压峰值 U om
rbe
100 (3 // 3) 50 3
Ri 5 // 15 // 3k 1.66k R0 RC 3k
（3） Aus
. . Ri 1.66 Au (50) 31.2 R s Ri 1 1.66
-4-
模拟电子技术试题汇编参考答案
3、如下图， C1 ~ C4 足够大，
Ri R1 // R3 // rbe rbe rbb ' (1 ) 26 26 194 (1 30) 1K 1 I EQ
（3） R R 10 K 0 4
U ( R4 // R L ) 30(10 // 10) 150 Au 0 1 u rbe
B；A (8)C (9)A (10)B(11)C(12) C
(1)A（2）B；A；C（3)B；C；C (4) C，B (5)C(6) A(7) ① B ② C ③B15、C
模电1常用半导体器件
ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）
场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ，UCE )
实际测试时如下进行：
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =βIB + ICEO
两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体（Semiconductor）基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制）
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器
半导体工艺及器件模拟一
半导体工艺和器件模拟
2) 刻蚀： 主要参数（刻蚀材料，刻蚀厚度（刻蚀速率），各向同性和 各向异性） 根据需要，一般有三种刻蚀模式： （a）等厚度刻蚀法：
Etching(material=ox, remove=0.01, over=20) over为过刻蚀率的定义，它主要是在硅片表面不平整时能 保证将指定材料刻蚀完全，避免残留物对后续仿真的影响。 缺省值为10%。
修复晶格损伤和电激活可通过加热来实现，称为退火. 退火的温度要低于扩散的温度,防止横向扩散.退火通常在 600~1000ºC. 离子注入产生表面沟道效应. 晶圆主要晶轴对准离子束流入射方向时,离子可沿沟道深 入,达到预计的10倍. 这可通过晶圆方向扭转来控制,一般将晶圆的取向偏移3~7º
20
半导体工艺模拟--DIOS
9
半导体工艺和器件模拟
首先结合半导体器件制造的基本工艺，介绍ISE_TCAD平 台工艺仿真指令：
半导体工艺模块称为DIOS, 首先需要编写一个文件，其扩展 名必须为*_dio.cmd. 例如：PN_dio.cmd 下面结合半导体器件制备的主要工艺讲解文件中的指令用法
。 几乎所有器件制备工艺都是这些工艺步骤的反复应用。 四个最基本的工艺步骤包括增层、光刻、掺杂、热处理
4
半导体工艺和器件模拟
工艺仿真： 可实现离子注入、氧化、刻蚀、光刻等工艺过程的模拟。可 用于设计新工艺，改良旧工艺。 器件仿真： 可以实现电学特性仿真，电学参数提取。 可用于设计新型器件，改良旧结构器件，验证器件的电学特 性。如MOS晶体管，二极管，双极性晶体管等。或建立简约 模型以用于电路仿真。
Diffusion( time=10min, temperature=1000ºC)
22
精品文档-模拟电子技术(江晓安)(第三版)-第1章
第一章 半导体器件
图 1 – 5 P型半导体的共价键结构
第一章 半导体器件
1.２ＰＮ 结
1.2.1 异型半导体接触现象 在Ｐ型和Ｎ型半导体的交界面两侧, 由于电子和空穴的
浓度相差悬殊, 因而将产生扩散运动。 电子由Ｎ区向Ｐ区扩 散； 空穴由Ｐ区向Ｎ区扩散。 由于它们均是带电粒子(离 子), 因而电子由Ｎ区向Ｐ区扩散的同时, 在交界面Ｎ区剩下 不能移动(不参与导电)的带正电的杂质离子； 空穴由Ｐ区向 Ｎ区扩散的同时, 在交界面Ｐ区剩下不能移动(不参与导电) 的带负电的杂质离子, 于是形成了空间电荷区。 在Ｐ区和Ｎ 区的交界处形成了电场(称为自建场)。 在此电场 作用下, 载流子将作漂移运, 其运动方向正好与扩散运动方 向相反, 阻止扩散运动。 电荷扩散得越多, 电场越强, 因而 漂移运动越强, 对扩散的阻力越大。 当达到平衡时, 扩散运 动的作用与漂移运动的作用相等, 通过界面的载流子总数为 ０, 即ＰＮ结的电流为０。 此时在ＰＮ区交界处形成一个缺 少载流子的高阻区, 我们称为阻挡层(又称为耗尽层)。 上述 过程如图１－６(ａ)、 (ｂ)所示。
所谓“齐纳”击穿, 是指当ＰＮ结两边掺入高浓度的杂 质时, 其阻挡层宽度很小, 即使外加反向电压不太高(一般为 几伏), 在ＰＮ结内就可形成很强的电场(可达2×106 V/cm), 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电 流急剧增加, 出现击穿现象。
第一章 半导体器件
对硅材料的ＰＮ结, 击穿电压ＵＢ大于７V时通常是 雪崩击穿, 小于４V时通常是齐纳击穿；ＵＢ在４V和７V之间 时两种击穿均有。由于击穿破坏了ＰＮ结的单向导电特性, 因而一般使用时应避免出现击穿现象。
CT
dQ dU
S W
第一章 半导体器件
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2. PN 结的单向导电性
★ PN 外加正向电压
又称正向偏置，简称正偏。
P
空间电荷区
空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 较大的正向电流。
N
பைடு நூலகம்
I 内电场方向
在 PN 结加V上一外个电很场方小向的R 正向电压，即可得到较 大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
+4
+4
3 价杂质原子称为
空穴
受主原子。
+4
+43
+4
受主
空穴浓度多于电子
原子
浓度， 空穴为多数载流
子 ，电子为少数载流子。
+4
+4
+4
图 1.1.5 P 型半导体的晶体结构
说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体 载流子的数目 要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
内电场 UD
★ 扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流 等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即 扩散运动与 漂移运动达到动态平衡。
空间电荷区的宽度约为几微米 ~ 几十微米； 电压壁垒 UD，硅材料约为(0.6 ~ 0.8) V,
? 在一定的温度下，产生与复合 运动会达到平衡，载流子的浓度 就一定了。
? 载流子的浓度与温度密切相关， 它随着温度的升高，基本按指数 规律增加。
T?
+4
+4
空穴
+4
+4
+4
自由电子 +4
+4
+4
+4
图 1.1.3 本征半导体中的 自由电子和空穴
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压二 极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。
二极管的伏安特性
在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，
I = f (U )之间的关系曲线。
I / mA
I / mA
4 价元素的原子常常用 + 4 电荷的正离子和周围 4 个价电子表示。
价电子
硅的原子结构图
+4
4价元素的简化模型
将硅或锗材 料提纯便形成单 晶体，它的原子 结构为共价键结 构。
+4
+4
+4
价
共
价 键
+4
+4
电 子 +4
+4
+4
+4
图 1.1.2 单晶体中的共价键结构
1.1.1 本征半导体
完全纯净的、不含
★ PN 结外加反向电压(反偏)
空间电荷区变宽，有利
于漂移运动，电路中有 较小的反向电流。
P
空间电荷区
N
IS
内电场方向
反向电流又称 反向外电饱场和方电向流 。由于少数载流子浓度很 低，反向电流数值非常小V 。 对温R度十分敏感 ，随着温度升 高， 反向电流 将急剧增大。
综上所述： 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的 正向电流， PN 结处于 导通状态；当 PN 结反向偏置 时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处 于截止状态。 可见， PN 结具有单向导电性。
★ 扩散运动 形成空间电荷区
耗尽层
P
空间电荷区
N
—— PN 结，耗 尽层。
★ 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 UD —— 电位壁垒； —— 内电场；内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
★ 漂移运动 内电场有利于 少子运动—漂移。
阻挡层
P
空间电荷区
N
少子的运动 与多子运动方向 相反
1. N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半导 体)。
本征半导体掺入 5 价 元素后，原来晶体中的某 些硅原子将被杂质原子代 替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅 构成共价键，多余一个电 子只受自身原子核吸引， 在室温下即可成为自由电 子。
+4
+4
+自4 由电子
+4
+45
+4
施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.4 N 型半导体的晶体结构
自由电子浓度远大于空穴的浓度，将 电子称为多数载流 子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。
2. P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 1.1.6 杂质半导体的的简化表示法
思考题
1. 在N型半导体中，掺入足够量的三价元素， 可将其改型为P型半导体，对吗？
2. 在N型半导体中，由于自由电子是多子，所 以N型半导体带负电，对吗？
1.2 半导体二极管
1.2.1 PN 结及其单向导电性
在一块半导体一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺
杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特
殊的薄层，称为 PN 结。
P
PN结
N
图 1.2.1 PN 结的形成
1. PN 结中载流子的运动
★ 扩散运动
P
N
电子和空穴 浓度差形成多数 载流子的扩散运 动。
1.2.2 二极管的伏安特性
半导体二极管又称晶体二极管。 二极管的结构： 将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。
(a )外形图
(b)符号
半导体二极管的类型：
按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。
按 PN 结结构分：有点接触型和面接触型二极管。 点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容 小，可在高频下工作。 面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的电流 大，但只能在较低频率下工作。
第 1 章 半导体器件
1.1 半导体的特性 1.2 半导体二极管 1.3 双极型三极管 (BJT ) 1.4 场效应三极管
1.1 半导体的特性
半导体： 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。 大多数半导体器件所用的主要材料是硅 (Si)和锗(Ge)。
半导体导电性能是由其原子结构决定的。
硅原子结构 最外层电子称 价电子 锗原子也是 4 价元素
其他杂质且具有晶体结
+4
+4
+4
构的半导体称为本征半
导体。
+4
+4
+4
当温度 T = 0 K 时，半
导体不导电，如同绝缘体。 +4
+4
+4
?由于热激发，少数价电子获得能 量克服共价键束缚成为自由电子 （带负电）。
?同时，在原来共价键中留下一个 空位，称为空穴（带正电）。
?自由电子和空穴统称为载流子。 ? 在本征半导体中它们总是成对 出现，也称为电子-空穴对。