模拟电路第一章常用半导体器件
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。
2模电新 第1章 常用半导体器件 D1
-V+ R
限流 电阻
+ I(IR)
U
负离子
正离子
PN结 结
- - - - - - - - - - - - E内
E外
P 型多子空穴 N 型多子电子 少子电子 少子空穴
1.1.3 PN结的单向导电性 ( 定性分析 ) 结的单向导电性
1.外加正向电压 正偏”) —正向电流 IF 外加正向电压(“正偏 外加正向电压 正偏” 正向电流 2.外加反向电压 反偏”) —反向电流 IR 外加反向电压(“反偏 外加反向电压 反偏” 反向电流 3. PN结具有单向导电性。( IF>>IR ) 结具有单向导电性。 结具有单向导电性 4. PN结的伏安特性 ( 定量分析 ) 结的伏安特性 正向偏置— 正向偏置 forward bias 反向偏置— 反向偏置 reverse bias
+VR
限流 电阻
+ I(IF)
U
负离子
正离子
PN结 结
- - - - - - - - - - - - E内
E外
P 型多子空穴 N 型多子电子 少子电子 少子空穴
1.1.3 PN结的单向导电性 ( 定性分析 ) 结的单向导电性
1.外加正向电压 正偏”) —正向电流 IF 外加正向电压(“正偏 外加正向电压 正偏” 正向电流 2.外加反向电压 反偏”) —反向电流 IR 外加反向电压(“反偏 外加反向电压 反偏” 反向电流 3. PN结具有单向导电性。( IF>>IR ) 结具有单向导电性。 结具有单向导电性 4. PN结的伏安特性 ( 定量分析 ) 结的伏安特性 正向偏置— 正向偏置 forward bias 反向偏置— 反向偏置 reverse bias
模拟电子科学与技术 第一单元复习题
第一章 常用半导体器件一、判断题：正确： “√”，错误：“×”。
（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）稳压管稳压电路正常工作时，稳压管工作在正向导通状态。
（ ）（6）PN 结正偏时正向电阻很小，呈现低阻态，反偏时反向电阻很大，呈现高阻态。
（ ）（7）在本征半导体中，自由电子与空穴总是成对出现的。
（ ）（8）PN 结外加正向电压时导通，外加反向电压时截止。
（ ）（9）最大整流电流是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流。
（ ）（10）二极管最高反向工作电压就是击穿电压。
（ ）（11）双极型晶体管比场效应管的温度稳定性好、抗辐射能力强。
（ ）（12）当晶体管工作在饱和区时，晶体管失去线性放大作用。
（ ）（13）在测量的稳压管参数时，稳压管的稳定电流Iz 是与稳定电压Uz 所对应的稳压管电流，只要不超过额定功率，电流愈大，稳压效果愈好。
（ ）（14）稳压管电路中，外加反向电压必须大于稳压管的稳定电压，并且必须串联一个电阻来限制反向击穿电流，从而保证稳压管安全正常工作，故称这个电阻为限流电阻。
（ ）（15）晶体管能够放大的内部条件是发射区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度，并且基区很薄，集电结面积较大。
（ ）（17）在本征半导体晶体中掺入微量的五价杂质元素，可形成P 型半导体。
( )（18）在本征半导体晶体中掺入微量的五价杂质元素，可形成N 型半导体。
( )（19）普通硅二极管的正向导通压降约等于0.7V （ ）。
（20）普通锗二极管的正向导通压降约等于0.7V （ ）。
（21）普通硅二极管的正向死区电压（门槛电压）约等于0.5V （ ）。
（22）普通锗二极管的正向死区电压（门槛电压）约等于0.5V （ ）。
1半导体器件基础-BJT
80
2.4 BJT的工作状态
• BJT特性的折线化
练习：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中
画出管子，分别说明它们是Si管还是Ge管。
解题思路与分析： （1）BJT硅管和锗管主要区别 硅管发射结导通电压约为0.7V 锗管发射结导通电压约为0.2V （2）放大电路中的BJT，管脚电位居中的为基极 电位与之相差为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)的管脚为发射极 另一极可确定为集电极 （3）处于放大状态时，NPN与PNP管各极电压区别 NPN：UC > UB > UE （集电极电位最高） PNP：UE > UB > UC （集电极电位最低）
模拟电路基础课程组
85
2.5 BJT的主要参数
• 课堂练习
某晶体管的极限参数PCM = 200 mW，ICM = 100 mA，U(BR)CEO = 30 V， 若它的工作电压UCE为10 V，则工作电流不得超过 20 mA；若工作电 流IC = 1 mA，则工作电压不得超过 30 V。
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2.1 双极型晶体管简介
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
• BJT的结构与符号
在同一片半导体晶体基片上，按类似夹心饼干的样式做出P型半导体和N型半 导体，并且在结构和工艺上满足一定的要求，就可以制作出双极型晶体管。 BJT分为NPN型和PNP型。
BJT有三个极、三个区、两个PN结
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讨论
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1半导体器件基础-BJT(FET)开关设计案例
设计光控报警器
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光控继电器
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如何实现电子开关的延时？
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如何选择晶体管（技术手册获取信息）
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*注：VCEO、VCBO、VEBO中的“O”代表参数是在未提到的另一极开路(open)的情况下获得的
模拟电路基础课程组Leabharlann 67模拟电路基础课程组
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讨论 如何用BJT(FET)实现电子开关？
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【例】三极管开关的设计之一：请使用 NPN型三极管为发光二极管设计一个三 极管开关电路，已知发光二极管的正向 电压VF=1V、工作电流IV=10mA，三极管 开关电路的VCC=5V。控制三极管开关闭 合的电压VIN=5V。
常用半导体器件
何 松 柏
电子工程学院
University of Electronic Science and Technology of China
第一章 常用半导体器件
1.半导体二极管
2.双极型晶体管（BJT） 3.场效应晶体管（FET）
模拟电子课件第一章_半导体材料及二极管
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
《模拟电子技术(童诗白)》课件ppt
V
-
uR
t
V UD
幅值由rd与R
分压决定
t
例题1：试求输出电压uo。
－12V
解：两个二极管存在优先 导通现象。
R
D1 －5V
D2 0V
D2导通，D1截止。
Si : Uon 0.7V uo Ge : Uon 0.2V
Si : uo 5.7V
?
Ge : uo 5.2V
例题2：试画出电压uo的波形。
EGO：热力学零度时破坏共价键所需的能量，又称 禁带宽度 （Si：1.21eV，Ge：0.785eV）；
T=300K时，本征半导体中载流子的浓度比较低， 导电能力差。Si：1.43×1010cm-3 Ge：2.38×1013cm-3
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二、杂质半导体
掺入微量杂质，可使半导体导电性能大大增强。按 掺入杂质元素不同，可形成N型半导体和P型半导体。
晶体结构是指晶体的周期性
§1.1 半导体基础知识
结构。即晶体以其内部原子、 离子、分子在空间作三维周
一、本征半导体
期性的规则排列为其最基本 的结构特征
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
1、半导体
根据材料的导电能
si
力，可以将他们划分为
GGee
导体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是硅Si和 锗Ge，它们都是四价元
i
u IZmin
正向导通与
一定值时，稳压管就不会因发 热而损坏。
二极管相同 等效电路：
D1
u
符号：
D2
UZ rz
DZ
2、主要参数
（1）稳压值UZ；
（2）稳定电流IZ（IZmin）：电流小于此值时稳压效
模拟电子技术基础-总复习最终版
其中 RP R1 // R2 // R3 // R4
另外，uN
R R Rf
uo，uN
uP
ui1 R1 ui2i1 R2 ui3i2R3
P+ + u
o
R4 i4
uo
RP 1
Rf R
ui1 R1
ui 2 R2
ui3 R3
i3
4、 电路如图所示，各引入那种组态的负反馈？设集成运放 输出电压的最大幅值为±14V，填表。
11
14
5、求解图示电路的运算关系式。
同相求和电路 电压串联负反馈
6、求解图示电路的运算关系式。
R2
R1 ui R3
_
R4
+A1+ uo1
R5
_ +A2+
uo
7、求解图示电路的运算关系式。
电压并联负反馈。 电压放大倍数为：-R2/R1。
（3）交流负反馈是指 。 A．阻容耦合放大电路中所引入的负反馈 B．只有放大交流信号时才有的负反馈 C．在交流通路中存在的负反馈
解：（1）D （2）B （3）C
4、选择合适答案填入空内。
A．电压 B．电流 C．串联 D．并联
（1）为了稳定放大电路的输出电压，应引入 负反馈；
（2）为了稳定放大电路的输出电流，应引入 负反馈；
解：将电容开路、变压器线圈短路即为直流通路，图略。 各电路的交流通路如解图P2.2所示。
5.在图示电路中，已知晶体管β，rbe，RB，RC=RL，VCC。
（1）估算电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
（2）当考虑信号源内阻为RS时，Aus的数值。
6. 电路如图所示，晶体管的＝100，=100Ω。
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第一章 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 双极型三极管
1.1 半导体基础知识
在物理学中，根据材料的导电能力，可以将它们 划分为导体、绝缘体和半导体(Semiconductor)。
i f(u )| B 铜导线(左上)、玻璃绝缘
体(左下)和硅晶体(上)
BE UCE常数
1.1 半导体基础知识
例：在T=300K的条件下，本征硅中掺亿分之一的5价原 子，硅原子的浓度已知为5.1×1022 /cm3 ，对比掺杂前后 的电子和空穴浓度。
杂质浓度为
5.1×1022 /108 = 5.1×1014 /cm3
本征半导体中电子空穴的浓度为1.43 ×1010 /cm3
p ×n= pi ×ni = ni2
空穴的浓度相等 ❖ 电子和空穴都是载流子
2020/9/18
+4
+4
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+4
+4
+4
+4
自由电子 空穴 本征激发（热激发）
1.1 半导体基础知识
3. 空穴导电
2020/9/18+4 Nhomakorabea+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
1.1 半导体基础知识
3. 空穴导电
❖ 当产生空穴后，由于热运动，空穴周围
共价键中相近价电子很容易填补空穴。
电阻率随着光照增强而下降，光敏元件。
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
常用半导体材料有: 硅（Si）、锗（Ge），也有三-五族化合物半导体： GaAs、GaP等
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1.1 半导体基础知识
硅原子Si 简化模型
锗原子Ge 简化模型
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体—Intrisic Semiconductor 本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体
半导体的导电能力很弱，接
+4
近绝缘体。
+4
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+4
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价电子
1.1 半导体基础知识
2. 电子空穴对的产生
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+4
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+4
+4
+4
+4
+4
+4
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
2. 电子空穴对的产生 当温度升高或受到光的照射时 ，束缚电子获得能量，部分电 子挣脱原子核的束缚，成为自 由电子，与此同时，在其原来 的共价键中就出现了一个空位 ，称为空穴(hole)。 ❖ 在本征半导体中自由电子和
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1.1 半导体基础知识
4. 电子空穴的复合
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
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1.1 半导体基础知识
4. 电子空穴的复合
当自由电子填补共价键中的空
位(空穴)时，自由电子就会释放
+4
+4
+4
能量，又形成共价键。
这个过程叫电子空穴的复合
+4
+4
+4
释放
❖ 在一定温度下，本征激发和复
当相邻位置的价电子填补空穴时， 在原来空穴位置形成共价键，而在 原来价电子的位置形成空穴。这个 过程叫空穴的移动，空穴移动方向
+4
+4
+4
+4
+4
+4
与价电子移动方向相反。 ❖ 空穴带一个单位的正电荷
+4
+4
+4
❖ 当不加外电场时，空穴的填补无规则
❖ 当外加电场时，空穴的填补也会定向
❖ 空穴导电本质：价电子的移动
能量
合同时进行，达到动态平衡，电
+4
+4
+4
子空穴对的浓度一定。
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1.1 半导体基础知识
1.1.2 杂质半导体—Extrisic Semiconductor ➢ 在半导体中电子浓度与空穴浓度乘积是恒定的，
与掺杂浓度无关. ➢ 本征半导体中掺入某些微量杂质元素的半导体，
称为杂质半导体. ➢ 本征半导体中掺杂后，其导电能力大大加强
硅晶体的结构 制造半导体器件的硅材料的纯度要达到99.9999999%， 2常020/称9/18为“九个9”。
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体—Intrisic Semiconductor
1. 单晶硅的共价键结构
在绝对温度T=0K时，所
有的价电子都被共价键紧紧
束缚在共价键中,因此本征
+4
T 10
R9 5.8k
T9
T 12
R 14 5k R 15
100
C 1 5pF
R8 T7 T8
13k
T 11
IO R 11 2 UO
+ R12 UF
78× ×
R 13
T6
2.23k
2.84k R6
入 地出
3
基本电路
RB
C1
+
ui
-
+ VCC
RC
C2
+
T
RL
UO
-
R
c
基本元器件
b
e
C
12’ （300mm）
电子系统抽象模型
电子系统
子系统1 子系统2 子系统3
基本电路1 基本电路2 基本电路3
基本元器件1 基本元器件2 基本元器件3
R4
T1 T4
T5
T2
T3
R3 576
T 14
R2
3.4k UREF
D Z1
D Z2
R1
3.9k
D2 R5
D1
T 13 R7
13k
2.5k R
10
7.8k
UI 1 DZ3
DZ4
n≈ 5.1×1014 /cm3 p = ni2 / n
= (1.43 ×1010 )2 / 5.1×1014
2020/9/18
= 4.1 ×105 /cm3
1.1 半导体基础知识
掺杂前后的电子和空穴浓度对比
电子浓度 空穴浓度 电子+空穴
掺杂前
1.43 ×1010 1.43 ×1010 2.86 ×1010
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
本征半导体中掺入五价 杂质元素(磷、砷等)
N型半导体
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本征半导体中掺入三价 杂质元素(硼、镓等)
P型半导体
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+4
+4
+4
+5
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+3
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
施主原子
2020/9/18
多余电子
受主原子
空穴
杂质半导体中的多子与多子
N型半导体
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
1. 半导体及其材料
·导 体: 电阻率ρ小于10-3Ω·cm ·绝缘体: ρ大于108Ω·cm ·半导体: ρ介于导体和绝缘体之间。
2020/9/18
1.1 半导体基础知识
半导体的特性 1、掺杂性：
半导体中掺杂后，其电阻率大大下降，晶体管。 2、热敏性：
电阻率随着温度的变化而变化，热敏电阻。 3、光敏性：
P型半导体
+4
+4
+4
+4
+4
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施主原子
受主原子
+4
+5
+4
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自由电子
空穴
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+4
+4
+4
+4
+4
在N型半导体中，自由电子数目远多于空穴数目 电子为多数载流子(majority carrier)，简称：多子 空穴为少数载流子(minority carrier)，简称：少子
❖ P型半导体刚好相反，电子为少子，空穴为多子 2020/9/18 ❖ 思考：本征半导体中存在多子少子吗？