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1、 1 电子线路（电子线路（I） ） 董尚斌编董尚斌编 课后习题（课后习题（1 到到 7 章）章） 第第 1 章章 1-1 本征半导体与杂质半导体有什么区别？ 解：解：本征半导体是纯净的，没有掺杂的半导体，本征半导体的导电性能较差，在温度为 0K 时，半导体中没有载流子，它相当于绝缘体。在室温的情况下，由本征激发产生自由电 子空穴对，并达到某一热平衡值，本征载流子浓度 kT E i g eTAn 22 3 0 0 与温度有关。 杂质半导体是在本征硅或本征锗中掺入杂质得到的，若掺入 5 价元素的杂质可得到 N 型半导体，N 半导体中的多子为自由电子，少子为空穴，由于掺入微量的杂质其导电性能得 到了
2、极大的改善，其电导率是本征半导体的好几个数量级。在杂质半导体中，多子的浓度取 决于杂质的浓度，而少子的浓度与 2 i n或正比，即与温度有很大的关系。若掺入 3 价元素的 杂质可得到 P 型半导体。 1-2 试解释空穴的作用，它与正离子有什么不同？ 解：解：空穴的导电实际上是价电子导电，在半导体中把它用空穴来表示，它带正电是运载 电流的基本粒子，在半导体中，施主杂质电离后，它为半导体提供了一个自由电子，自身带 正电，成为正离子，但由于它被固定在晶格中，是不能移动的。 1-3 半导体中的漂移电流与扩散电流的区别是什么？ 解：解： 漂移电流是在电场力的作用下载流子定向运动而形成的电流， 扩散电流是
3、由于浓度 差而引起的载流子的定向运动而形成的电流 1-4 在 PN 结两端加反向偏压时，为什么反向电流几乎与反向电压无关？ 解：解：PN 结加反偏电压，外加电场与内电场方向相同,PN 结变宽，外加电压全部降落在 PN 结上，而不能作用于 P 区和 N 区将少数载流子吸引过来。漂移大于扩散，由于在 P 区及 N 区中少子的浓度一定，因而反向电流与反偏电压无关。 1-5 将一个二极管看作一个电阻，它和一般由导体构成的电阻有何区别？ 解：解：将二极管看作一个电阻，其明显的特点是非线性特性。而一般由导体构成的电阻， 在有限的电压、电流范围内，基本上是线性的。 （1） 二极管的正反向电阻，其数值相差悬殊
4、。正向电阻很小，而反向电阻很大。 （2） 二极管具有负温度系数，而导体构成的电阻具有正温度系数。 1-6 在用万用表的电阻档测二极管的正向电阻时，发现 R10 档测出的阻值小，而用 R100 档测出的阻值大，为什么？ 解：解：万用表测量电阻时，实际上是将流过电表的电流换算为电阻值刻在表盘上，当流过 电表的电流大时，指示的电阻小，测量时，流过电表的电流由万用表的内阻和二极管的等效 直流电阻之和联合决定。 2 通常万用表欧姆档的电池电压为 1.5V，R10 档时，表头满量程为 100A，万用表的 内阻为 S R 150， R100 档时万用表的内阻为150010 SS RR。 用万用表测二极管 所
5、构成的电路如题图 1-6（a）所示，图中虚线框内所示电路为万用表的等效电路。由图可得 管子两端的电压 V 和电流 I 之间有下列关系： R10 档： S RIV5 . 1 R100 档： SS RIIRV105 . 15 . 1 这两个方程式在 V-I 坐标系中均为直线，如图（b）所示；从二极管本身的特性看，管子的 电压和电流应满足特性曲线所表示的规律。 因此， 同时受这两种关系约束的电压和电流必定 在特性曲线与直流负载线的交点上。用 R10 档测量时，交于图中 A 点，万用表读数为 V1 I1；用 R100 档测时，交于图中 B 点，万用表读数为 V2I2。显然前者的阻值较小，而 后者的阻值
6、大。 1-18 在 300K 下，一个锗晶体中的施主原子数等于 21014cm 3，受主原子数等于 3 1014cm 3。 （1）试求这块晶体中的自由电子与空穴浓度。由此判断它是 N 型还是 P 型锗？它的电 功能主要是由电子还是由空穴来体现？ 提示 若 Na受主原子（负离子）浓度， Nd施主原子（正离子）浓度， 则根据电中性原理，可得 pNnN da 又 2 i nnp （300K 下，锗的 ni2.41013cm 3） 由上二式可求出 n、p 之值。 （2）若 NaNd1015cm 3，重做上述内容。 （3）若 Nd1016cm 3，N a1014cm 3，重做上述内容。 解：解： （1）
7、由 2 i nnp 与 nNaPNd可得0)( 2 2 iad npNNp 解之得 2 2 4)()( 2 1 iadad nNNNNp 由于 p0，故上式根号前应取“”号，已知 3 ni2.41013cm 3，N a31014cm 3， N d21014cm 3 代入上式得 314213 2 1414 10055. 1)104 . 2(410)32(10)32( 2 1 cmp np（NdNa）1.0551014（23）10145.51012cm 3 由此可知 np 因而是 P 型锗。 （2）由于 NaNd，因而由 nNapNd得 npni2.41013cm 3 这是本征锗。 （3）由于 N
8、aNd，因而可得 np nNd=1016cm 3 310 16 213 2 1076. 5 10 )104 . 2( cm n n p i np，故为 N 型锗。 1-20 若在每 105个硅原子中掺杂一个施主原子， 试计算在 T300K 时自由电子和空穴 热平衡浓度值，掺杂前后半导体的电导率之比。 解：解： T300K 时，n0Nd（4.961022105）cm 34.961017cm3n i1.5 1010cm 3 则 32 0 2 0 1053. 4 cmnnp i 本征半导体电导率 本（np）niq5.0410 6S/cm 杂质半导体电导率 杂nn0q119S/cm 因此 杂本2381
9、05 1-21 在室温 （300K） 情况下， 若二极管的反向饱和电流为 1nA， 问它的正向电流为 0.5mA 时应加多大的电压。设二极管的指数模型为) 1( TD mV SD eIi ,其中 m1，VT26mV。 解：解：将1115 . 0 ， T D V SD enAImmAi 代入公式得 S D TDSD V I i VIie TD ln V I i V S D TD 34. 0ln 1-25 二极管的正向伏安特性曲线如题图 1-25 所示，室温下测得二极管中的电流为 20mA，试确定二极管的静态直流电阻 RD和动态电阻 rd的大小。 4 解：解： （1-25） 从图中可见，IDQ=2
10、0mA、VDQ=0.67V，所以静态直流电阻 RD为 5 .33 1020 67. 0 3 DQ DQ D I V R 从图中可见，mAID201030，因而在静态工作点处其交流电阻为 3 . 1 20 26 D T d I V r 1-26 由理想二极管组成的电路如题图 1-26 所示， 试求图中标注的电压 V 和电流 I 的大 小。 解：解：在图（a）电路中 D2管优先导通，输出端电压=3V，D1截止，通过 1k电阻的 电流 I=8mA； 题图 1-26（b）的变形电路如右图所示，从 图中可见：假定 D1截止 D2导通，则输出端的电 压 V33. 31010 105 1010 ；由于 D2
11、是理想二极管，则 A 点电压也为3.33V，显 然，假定 D1截止是错误的。 若 D1导通，A 点电压为零，则输出端电压 也为零 V0，则通过 D1的电流为 mAI1 10 100 5 10 1-27 二极管电路如题图 1-27 所示，判断图中二极管是导通还是截止状态，并确定输 出电压 Vo。设二极管的导通压降为 0.7V。 解：解： 判断二极管在电路中的工作状态，常用的方法是：首先假设将要判断的二极管断 开（图中 A、B 两点之间断开） ，然后求该二极管阳极与阴极之间承受的电压。如果该电压 大于导通电压， 则说明该二极管处于正向偏置而导通， 两端的实际电压为二极管的导通压降； 5 如果该电压
12、小于导通电压，则二极管处于反向偏置而截止。在判断过程中，如果电路中出现 两个以上二极管承受大小不相等的正向电压， 则应判定承受正向电压较大者优先导通， 其两 端电压为导通电压降，然后再用上述方法判断其余二极管的状态，具体分析如下： 在图题 1-27（a）中，首先将二极管 D 断开，求二极管两端将承受的电压 VABVA VB5V（10V）5V。显然，二极管接入以后处于正向偏置，工作在导通状态。 如果设二极管是理想器件，正向导通压降 VD0V，则输出电压 VOVAVD5V。若考 虑二极管的正向压降 VD(on)0.7V，则输出电压 VOVAV(on)D5V0.7V5.7V。 在图题 1-27（b）
13、中，断开二极管 VD,有 VABVAVB10V（5V）5V。 可见，二极管 VD接入以后，将承受反向电压，D 处于截止状态（相当于断开） ，电路中电 流等于零（设反向饱和电流为零） ，R 上的电压降等于零，故 VOVB5V。 在图题 1-27（c）中，首先将 D1和 D2断开，求两管将承受的电压为： VD1： VB1A=VB1VA0V（9V）9V VD2： VB2AVB2VA12V（9V）3V 二极管接入以后，VD1因正偏处于导通，则 VOVAVB1VVD10V0.7V0.7V 而 VB2A12V（0.7V）11.3V，所以，VD2因反偏处于截止状态。 在图题 1-27（d）中，首先将 VD1
14、和 VD2断开，求得两管将承受的电压。 VD1： VAB1VAVB115V0V15V VD2： VAB2VAVB215V（10V）25V 二极管接入以后， 因 VD2承受的正向电压较 VD1高， 优先导通； 使 A 点的电位 VAVB2 VD2（on）10V0.7V9.3V。D1因承受电压而截止。故 VOVA9.3V 1-28 题图 1-28 所示电路中稳压管的稳压值为 6V， 稳定电流 为 10mA，额定功率为 200mW，试问 （1）当电源电压在 18V 30V 范围内变化时，输出 Vo是多 少？稳压管是否安全？ （2）若将电源电压改为 5V，电压 Vo是多少？ （3）要使稳压管起稳压作用
15、，电源电压的大小应满足什么条 件？ 解：解：由于稳压管的额定功率为 200mW，而 VZ为 6V，则通过稳压管的最大允许电流为 mAIZ3 .33 6 200 max （1）当电源电压在 1830V 范围内变化时，输出电压 Vo6，而通过稳压管的电流 IZ 为mAIZ24 101 630 3 maxZ I，所以稳压管是安全的。 （2）若电源电压改为 5V，电压 Vo5V（不稳压） 。 （3）VVV V I I 3 . 391610 3 . 33 101 6 1010 3 3 3 1-29 题图 1-29 中给出实测双极型三极管各个电极的对地电位，试判定这些三极管是否 处于正常工作状态？如果不正常，是短路还是断路？如果正常，是工作于放大状态，截止状 态还是饱和状态？ 解：解：三极管的三种工作状态的偏置特
