半导体材料及二极管习题

解Vo的方式有两种： [1] 精细算法求解；[2] 估算法求解 [1] 精细算法求解 ①. 根据KVL和VCR求Vo VZ R VI r Vo Vo Vz z Vo R V V 6.09V I R o r R R z L 1 ②. 根据KVL和VCR求IZ R r L z V V
当 RL=50Ω时，首先用开路稳压管法，判定能否稳压！
RL 50 Vo 稳 压 管 开 路 VI 10 R RL 150 Vo
稳压管开路
3.3V Vz ( 6V)
所以，稳压管处于截止状态，IZ≈0
思考题
1. 雪崩击穿与齐纳击穿的本质区别是什么？
①雪崩击穿——发生条件：大多发生在掺杂浓度较低、 空间电荷层较宽、反向偏压较高的PN结中；形成原因： 碰撞电离。少数载流子在较高的反偏电压加速下，获得 很大的动能足以把空间电荷区内共价键的价电子撞出， 由于阻挡层较宽，碰撞电离的机会增多，使载流子数目 剧增，反向电流急剧增大，造成雪崩击穿。雪崩击穿电 压具有正的温度系数。 ②齐纳（Zener）击穿——发生条件：发生在掺杂浓度 较高、PN结较薄、反向偏压较小的PN结中；形成原因： 场致激发。由于空间电荷区较窄，即使不大的反向偏压 也会建立起很强的电场，该电场可直接将共价键的价电 子拉出，使载流子数目剧增，反向电流急剧增大，造成 齐纳击穿。齐纳击穿电压具有负的温度系数。
IZ
o
Z
rz
9(mA)
③.输入联分压系数×输入电压ΔVI
RL // rz VO VI 0.086 V R RL // rz
[2] 估算法求解
①.画出稳压状态下动态电路图
②. 根据KVL和VCR求IZ
交流通路图
3. 求二极管导通电阻 rd
利用估算法求解 rd
rd VT 26mV 26 ID 1mA
4. 根据交流通路图求交流输出电压 vo
R3 3.3 v i 0.9922 v i v i sint m V vo vi 0.026 3.3 rd R3
1.15 稳压二极管电路如图1.15所示，已知稳压管的稳定 电压Vz=6V，动态电阻rz=10Ω，输入电压的标称值 VI为10V，但有±1V的波动。 （1）当RL=200Ω时，试求标称电压下流过稳压管的电 流Iz和输出电压Vo。在输入电压波动时，输出电压 的变化量ΔVo有多大？ （2）当RL=50Ω时， Iz =？ Vo =？
解：
（1）假设稳压二极管开路，计算其 开路端电压VO是否大于VZ稳压值， 如果大于，则判定处于稳压状态。
RL 200 Vo 稳 压 管 开 路 VI 10 R RL 100 200 Vo
稳压管开路
6.67V Vz ( 6V)
稳压管稳压。 （2）画出稳压状态下动态电路图
思考题
2. 哪些因素决定着二极管的开启电压？
Vth的大小与材料、温度、工艺等因素有关。 计算公式：Vth=(KT/q)×ln(Na×Nd/Ni2)，K是波尔兹曼 常数1.38E-23，T是温度300K，q是单个电子的电荷 1.6E-19，Na和Nd是掺杂载流子密度1E15 到1E17， Ni 是材料的本征载流子密度。
第1章 习题解题方法指导
1.8 二极管电路如图1.8所示，设二极管的正向导通电压 为0.7V，电容C1和C2容量足够大，对信号可视为短 路，vi(t)=sinωt（mV）。 （1）试画出直流等效电路和交流等效电路； （2）求输出电压vo的值。 解： 1.画出直流等效电路（利用开 路、短路法建立） 直流通路图
直流通路图画法：
直流可开路元件： 电容。
直流可短路元件： 电感。
采取上述方法，剩余的电路，即为
直流等效电路， 即---直流通路图
直流通路图
2. 画出交流等效电路（利用开 路、短路法，剩余电路） 交流通路 交流通路画法:
交流可短路元件： 耦合电容 C1、C 2 ; 直流电压源 ;
交流可开路元件：
直流电流源 ; 扼流电感线圈 ;
VI VZ VZ IZ 10(mA) R RL
③. 并联电压相等求Vo
Vo VZ 6V
④. 画出交流通路图
⑤. 化简电路
⑥. 利用ΔVo=串联分压系数×输入电压ΔVI
rz VO VI 0.09 V R rz
结论：估算法 精确计算法 。但是，估算法更为简单 。
3.变容二极管必须工作在反偏状态，为什么？
势垒电容是相应于多子电荷变化的一种电容效应，因此 势垒电容不管是在低频、还是高频下都将起到很大的作 用（与此相反，扩散电容是相应于少子电荷变化的一种 电容效应，故在高频下不起作用）。