第1章 常用半导体器件
《模拟电子技术基础》(童诗白)课后习题答案
模拟电子技术基础第 1 章常用半导体器件1.1选择合适答案填入空内。
(l)在本征半导体中加入( A )元素可形成N 型半导体，加入( C )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) 。
A.增大B.不变C.减小(3)工作在放大区的某三极管，如果当I B 从12 uA 增大到22 uA 时，I C 从l mA 变为2mA ，那么它的β约为( C ) 。
A.83B.91C.100(4)当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时,它的低频跨导g m 将( A ) 。
A.增大；B.不变；C.减小1.2电路如图P1.2 所示，已知u i = 10sinωt (V)，试画出u i 与u o 的波形。
设二极管导通电压可忽略不计。
图P1.2 解图P1.2解：u i 与u o 的波形如解图Pl.2 所示。
1.3电路如图P1.3 所示，已知u i =5sinωt(V)，二极管导通电压U D=0.7V。
试画出u i 与u o 的波形图，并标出幅值。
图P1.3 解图P1.31.4电路如图P1.4 所示, 二极管导通电压U D=0.7V,常温下U T≈ 26mV ，电容C 对交流信号可视为短路；u i 为正弦波，有效值为10mV。
试问二极管中流过的交流电流的有效值为多少？解：二极管的直流电流I D = (V −U D ) / R = 2.6mA其动态电阻:r D ≈U T / I D =10Ω图 P1.4故动态电流的有效值： I d = U i / r D ≈1mA1.5 现有两只稳压管，稳压值分别是 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)串联相接可得 4 种：1.4V ；14V ；6.7V ；8.7V 。
(2)并联相接可得 2 种：0.7V ；6V 。
常用半导体器件
1.特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
硅管0.5V, 开启电压
锗管0.1V。
外加电压大于开启 电压二极管才能通。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
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PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
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一、本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压， 一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
第1章 常用半导体器件(1)
(a)
空间电荷区
N区
移到P型区的空穴填补了原来交界
面上P型区所失去的空穴， 从P型区
漂移到N型区的自由电子填补了原 来交界面上N型区所失去的自由电 子，漂移运动的结果是使空间电荷
内电场 Uho
区变窄。空间电荷区称为阻挡层。
第第1章1章常晶用体半二导极体管器与件三极管
1． PN结的形成
当多子的扩散运动和少子 的漂移运动达到动态平衡时，空 间电荷区的宽度一定，PN结电 流为零。在动态平衡时，由内电 场产生的电位差称为内建电位差 Uho, 如图（b）所示。处于室温 时 ， 锗 的 Uho≈0.2~0.3 V ， 硅 的 Uho≈0.5~0.7 V。
多子扩散运动使空间电荷区加宽。
第第1章1章常晶用体半二导极体管器与件三极管
1． PN结的形成
空穴 负离子 正离子 自由电子
内电场：在空间电荷区里，由带正 P区
N区
电的N型区指向带负电的P型区的电 场。 内电场阻止多子的扩散运动、
内电场推动少数载流子产生漂移运 动（载流子从浓度低的区域向浓度 高的区域的运动。） 。从N型区漂 P 区
第第1章1章常晶用体半二导极体管器与件三极管
2. P型半导体
因三价杂质原子 在与硅原子形成共价 键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下 一个空穴。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主原子。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂 形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
第第1章1章常晶用体半二导极体管器与件三极管
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 半导体场效应管
常用半导体器件
流的限流电阻！
稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA， Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻 R=200 ，求iZ。
若负载电阻变化范围为1.5 k -- 4 k ，是否还能稳 压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
i
工作原理： 无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管
• 作业 • 1.3 1.4 1.6 1.7
§1.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
PN结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。
i/ mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反 向
0 0.5 1.0 u / V 击穿电–压0.002
特
U(BR–) 0.004
性
图 1.1.8 PN结的伏安特性
反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿
四、PN结的电容效应
当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
ui和uo的波形如图所示
u o /V
10
t
O
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
五、稳压二极管
限流电阻
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
第1章-半导体器件基础
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是 主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、 保护等等。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡， I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻： 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）电压温度系数U（%/℃）
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
第1章半导体器件
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
图01.07 PN结加正向电压 时的导电情况
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
热激发产生 的自由电子
掺杂磷产生 的自由电子
Si
SPi
Si
Si
Si
Si
•掺杂磷产生的自由电子数 〉〉热激发产生的自由电子数
•N型半导体中自由电子数 〉〉空穴数
•自由电子为 N型半导体的多数载流子（简称多）， 空穴为N型半导体的少数载流子（简称少子）
N型半导体简化图
多 子
Si
P
Si
Si
Si
Si
空
间
电
荷
l P型半导体：
往本征半导体中掺杂三价杂质硼形成的杂质半导体, P 型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电 子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电 子，使杂质原子成为负离子。因而也称为受主杂质。
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n= 5×1016/cm3
本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3
电工学下册电子技术教学课件艾永乐等第1章常用半导体器件
IR
为反向饱和电流。但IR与温内电场 E
度有关。
EW
R
1.1 半导体的导电特性
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具 有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具 有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向导 电性。
1.2 半导体二极管 1. 二极管的结构
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极 管按结构分有点接触型、面接触型和P平N结面面型积三小大，类结。电
RL
-
1.3 特殊二极管
稳压二极管主要参数
(1) 稳定电压VZ
在规定的稳压管反向工作
电流IZ 下，所对应的反向工作
电压。
(2) 动态电阻rZ
rZ =VZ /IZ
(3)额定功率 PZ (4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)稳定电压温度系数——VZ
1.3 特殊二极管
VT 称为开启电压
1.5 场效应晶体管
vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时，
vDS iD 沟道电位梯度 靠近漏极d处的电位升高 电场强度减小 沟道变薄
整个沟道呈楔形分布
1.5 场效应晶体管
vDS对沟道的控制作用
当vGS一定（vGS >VT ）时，
vDS iD 沟道电位梯度
0.04 0.06 0.08 0.10 1.50 2.30 3.10 3.95 1.54 2.36 3.18 4.05
结论:
• 1）三电极电流关系
• 2） IC IB ， IC IE • 3） IC IB
IE = IB + IC
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大
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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 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为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 G S 大的特点。
（ ）（6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 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. TU U I eS C. )1e (S －T U 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 G S ＝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T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。
图T1.3解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V，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 Z mi n＝5mA。
求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
图T1.4解：U O1＝6V，U O2＝5V。
五、某晶体管的输出特性曲线如图T1.5所示，其集电极最大耗散功率P C M ＝200mW ，试画出它的过损耗区。
图T1.5 解图T1.5解：根据P C M ＝200mW 可得：U C E ＝40V 时I C ＝5mA ，U C E ＝30V 时I C ≈6.67mA ，U C E ＝20V 时I C ＝10mA ，U C E ＝10V 时I C ＝20mA ，将各点连接成曲线，即为临界过损耗线，如解图T1.5所示。
临界过损耗线的左边为过损耗区。
六、电路如图T1.6所示，V C C ＝15V ，β＝100，U B E ＝0.7V 。
试问： （1）R b ＝50k Ω时，u O ＝？ （2）若T 临界饱和，则R b ≈？ 解：（1）R b ＝50k Ω时，基极电流、集电极电流和管压降分别为26bBEBB B=-=R U V I μAV2mA 6.2 C C CC CE B C =-===R I V U I I β所以输出电压U O ＝U C E ＝2V 。
图T1.6 （2）设临界饱和时U C E S ＝U B E ＝0.7V ，所以Ω≈-====-=k 4.45A6.28mA 86.2BBEBB b CB c CESCC C I U V R I I R U V I μβ七．测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位如表T1.7所示，它们的开启电压也在表中。
试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。
表T1.7解：因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型MOS管。
根据表中所示各极电位可判断出它们各自的工作状态，如解表T1.7所示。
解表T1.7习题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I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为。
A. 83B. 91C. 100（4）当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导g m将。
A.增大B.不变C.减小解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A1.2 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u i＝10sinωt(v)，试画出u i与u O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：u i和u o的波形如解图P1.3所示。
1.4 电路如图P1.4所示，已知u i＝5sinωt(V)，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出u i与u O的波形，并标出幅值。
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u I1和u I2的波形如图（b）所示，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。
图P1.5解：u O的波形如解图P1.5所示。
解图P1.51.6 电路如图P1.6所示，二极管导通电压U D ＝0.7V ，常温下U T ≈26mV ，电容C 对交流信号可视为短路；u i 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I D ＝（V －U D ）/R ＝2.6mA其动态电阻 r D ≈U T /I D ＝10Ω 故动态电流有效值I d ＝U i /r D ≈1mA 图P 1.61.7 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U Z ＝6V ，稳定电流的最小值I Z m i n ＝5mA ，最大功耗P Z 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 I Z M ＝P Z M /U Z ＝25mA电阻R 的电流为I Z M ～I Z m i n ，所以其取值范围为 Ω=-=k 8.136.0ZZI ～I U U R 图P 1.81.9 已知图P1.9所示电路中稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，最小稳定电流I Z m i n ＝5mA ，最大稳定电流I Z ma x ＝25mA 。
（1）分别计算U I 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压U O 的值； （2）若U I ＝35V 时负载开路，则会出现什么现象?为什么？解：（1）当U I ＝10V 时，若U O ＝U Z＝6V ，则稳压管的电流为4mA ，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故V 33.3I LLO ≈⋅+=U R R R U当U I ＝15V 时，稳压管中的电流大于最 图P 1.9 小稳定电流I Z m i n ，所以U O ＝U Z ＝6V 同理，当U I ＝35V 时，U O ＝U Z ＝6V 。
（2）=-=R U U I )(Z I D Z 29mA ＞I Z 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U D ＝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。
Ω=-=Ω≈-=700)(233)(DminD max Dmax D min I U V R I U V R图P 1.101.11 电路如图P1.11（a）、（b）所示，稳压管的稳定电压U Z＝3V，R的取值合适，u I的波形如图（c）所示。
试分别画出u O1和u O2的波形。
图P1.11解：波形如解图P1.11所示解图P1.111.12 在温度20℃时某晶体管的I C B O＝2μA，试问温度是60℃时I C B O ≈？I＝32μA。
解：60℃时I C B O≈5CT（CBO）20＝1.13 有两只晶体管，一只的β＝200，I C E O＝200μA；另一只的β＝100，I C E O＝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β＝100、I C B O＝10μA的管子，因其β适中、I C 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P1.141.15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。
图P 1.15解：晶体管三个极分别为上、中、下管脚，答案如解表P1.15所示。
解表P1.15管号 T 1T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 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SiSiSiGeGeGe1.16 电路如图P1.16所示，晶体管导通时U B E ＝0.7V ，β=50。
试分析V B 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V B B ＝0时，T 截止，u O ＝12V 。
（2）当V B B ＝1V 时，因为 60bBEQBB BQ =-=R U V I μAV9mA 3 C CQ CC O BQ CQ =-===R I V u I I β所以T 处于放大状态。
（3）当V B B ＝3V 时，因为160bBEQBB BQ =-=R U V I μA图P 1.16BEC CQ O BQ CQ mA 8 U R I V u I I CC ＜-===β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U C E S ＝U B E ，若管子饱和，则Cb C BECC b BE CC R R R U V R U V ββ=-=-⋅所以，100Cb=≥R R β时，管子饱和。
图P 1.171.18 电路如图P1.18所示，晶体管的β＝50，|U B E |＝0.2V ，饱和管压降|U C E S |＝0.1V ；稳压管的稳定电压U Z ＝5V ，正向导通电压U D ＝0.5V 。