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1、高等学校电子类辅导教材电子线路学习指导书第 1 章半导体器件的特性1.1 知识点归纳本章介绍了半导体的基本知识，阐说了半导体二极管、晶体管（BJT）和场效应管（FET ）的工作原理特性曲线和主要参数。1.杂质半导体与PN结 在本征半导体中掺入不同杂质就形成N 型和P 型半导体。半导体中有两种载流子，自由电子和空穴，载流子因浓度而产生的运动成为扩散运动，因电位差而产生的运动成为漂移运动。在同一种本征半导体基片上制作两种杂质半导体，在它们的交界面上，上述两种运动达到动态平衡，就形成了 PN 结。其基本特性是单向导电性。2.半导体二极管 一个 PN 结引出电极后就构成了二极管，加上正向偏压时形成扩散
2、电流，电流与电压呈指数关系，加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小。体现出单向导电性。3 晶体管 晶体管具有电流放大作用，对发射极正向偏置集电极反向偏置时，从射区流到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合， 形成基极电流I B ，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流I C，体现出 IB 对 IC 的控制，可将 IC 视为 IB控制的电流源。晶体管有放大、饱和、截止三个工作区域。4.场效应管 场效应管是电压控制器件，它通过栅 -源电压的电场效应去控制漏极电流，因输入回路的PN 结处于反向偏置或输入端处于绝缘状态因此输入电阻远大于晶体管。 场效应管局又夹断区（即截止区） 、横流区（即线
3、性区）和可比阿安电阻区三个工作区域。学完本章后应掌握：1.熟悉下列定义、概念和原理：自由电子与空穴，扩散与漂移，复合，空间电荷区， PN 结，耗尽层，导电沟道，二极管单向导电性，晶体管和场效应管的放大作用及三个工作区域。 2.掌握二极管、稳压管、晶体管，场效应管的外特性，主要参数的物理意义。-1- 第一章半导体器件特性1.2习题与思考题详解1-1 试简述PN 结的形成过程。 空间电荷压，阻挡层，耗尽层和势垒压等名称是根据什么特性提出来的。答： PN 结的形成过程：当两块半导体结合在一起时，P 区的空穴浓度高于N 区，于是空穴将越过交界面由P 区向 N 区扩散；同理， N 区的电子浓度高于 P
4、区，电子越过交界面由 N 区向 P 区扩散。多子由一区扩散到另一区时，形成另一区的少子并与该区的多子复合，因此，在交界面的一侧留下带负电荷的受主离子，另一侧留下带正电荷的施主离子。于是在交界面附近形成一个空间电压区，即 PN 结。空间电荷压：在 PN 结内无可移动的带电荷之缘故。 势垒层：在 PN 结中， N 区电位高于 P 区电位，两区存在接触电位差之缘故。 耗尽层：在 PN 结中，只有不能移动的数量相等的正负离子，而载流子因扩散和复合而消耗掉了之故。 阻挡层：由于 PN 结中存在接触电势压，阻挡了电子扩散之故。 1-2（ 1）在室温下，当硅二极管的反向电流达到其反向饱和电流 IRsat 的
5、 95 时，反 1-2 向电压是多少2 计算偏压为0.1V 时，相应的正向电流和反向电流的比值。（3）如果反向饱和电流为10nA ，计算相应于电压为0.6 时的正向电流，并说明这一结果与实际不符的原因。VD VT解： 1 因为ID IRsat e 1 ID 所以V D VTln 26mv ln0.95-1.33 mv I R SAT VD I I R sat e VT 1 VD 2 D VR 1 IR I e VT1 VR R sat 31-3 在测量二极管的正向电阻时，用表的 “ R 10”档测出的阻值小而用 “R100档”测出大，原因何在？ -2-高等学校电子类辅导教材 电子线路学习指导书
6、答：因为万用表 “R10档”的内阻小，测量二极管的正向阻值小而“ R 100档”的内阻大， 测量的二极管的正向阻值大。 1-4 怎样用万能表判断二极管的极性和好坏？答：判断二极管的极性与好坏，选择万用表 “R 1K ”电阻档，此时黑表棒为正极，红表棒为电源负极。用黑红表棒接待测二极管两极，观察阻值大小，再反过来相接，观察阻值大小，若两次测量均大，说明二极管断路， 若第一次测量阻值大， 第二次测量阻值小，则测量值小的连接时，黑表棒接二极管的阳极，红表棒接二极管的阴极；并说明二极管是好的；若两次测量阻值均小，说明二极管被击穿。设 1-5 限幅电路如图所示，D 为 理想二极管，输入电压vi 为正弦波
7、，其振幅大于VR ，试给出输出电压为 U O 的波形。解： 1-6 双向限幅器如图所示，设 D1 D2 为理想二极管， 输入电压为正弦波，其振幅 Vi3VR ，试给出输出电压U O 的波形。 -3- 第一章半导体器件特性 1-7 双向限幅器如图所示，设 D1 D2 为理想二极管，输入电压vi 由0-100V作线性变化，给出相对于vi 的输出电压U O随时间变化的曲线。VR2VR18020解：VAR1 V R1100 20 40V R1 R2 100 200-4- 高等学校电子类辅导教材电子线路学习指导书1-8 求图所示各电路中的电流 I 和电压 V （设电路中的二极管为理想二极管）解： 对于
8、D1 D2 D3管正向偏压， D3 的偏压最大先导通，随之D1 D2反偏截5V 1V 止。所以 U O 1V I 4 mA 1K D1 D2 D3均处于正向偏置状态， D1 的偏置电压大先导通，D2 D3则由于D1 的导通反偏而截止。则UO3VI5mA已知稳压管稳定电压V6V 最大稳定电流I Z max25mA1-9稳压管稳压电路如图示，1-9限流电阻R500求：. vi 15v R2 2 K时，电路工作是否正常？vo . vi 10v R2800 时，电路工作情况如何？ . vi 20v R2开路，电路可能出现什么情况？为什么？vi ve 15 6解： 1. I R 18mA R 0.5v0
9、 6 I RL 3mA RL 2则 I E I R I RL 18 3 15mA -5-第一章半导体器件特性I E min lt I E lt I E max所以电路正常工作v0 vE 6V vi vE 10 6 2. I R 8mA R 0.5 6 I RL 7.5mA I E I R IRL 8 7.5 0.5mA lt I E min 0.8稳压管无法稳压vi vE 20 6（3） I R 28mA gt I E max稳压管可能会热击穿。R 0.51-10将两个二极管如图连接起来，是否与晶体管一样具有电流放大作用，为什么？答：不含。因为这样连接不会形成基区，不会产生复合现象，形成小电流
10、对大电流的控制。所以不具备电流放大效应。 1-11 为什么晶体管发射区掺杂浓度大，而基区掺杂程度小且做得很薄？答：发射区浓度大即多数载流子浓度大，便于发射进入基区，而基区掺杂浓度小，多数载流子少，复合后仍有大量的由发射区扩散到基区的多子到达集电区，即基压也做得较窄。1-12 将一个PNP 型晶体管接成共发射极放大电路，（ 1）画出电路，标出电源极性。（ 2）如果管子的h fb 0.98 要得到10mA集电极电路， 问基极电流多大？（ 3）试分析内部载流子的运动情况。解1 h fb IC IC 1 h fb 200.02（2） h fb 0.98 ， h fe Ib 0.2mA 1 h fb h
11、 fe hfb 0.98 （ 3）分析管内载流子运动情况（略）见书14 页 -6-高等学校电子类辅导教材电子线路学习指导书1-13 一个晶体管的IB 10 A，IC0.5mA，在什么条件下，才能用这两个数据来计算这的交流电流放大倍数？答：在忽略I CEO后，且输出特性曲线平行时，h fe hFE 此时才可用IB IC计算这的交流电流放大倍数。1-14 若测得放大电路中晶体管三个电极对地的电压分别为V1 -6.2VV2 - 6VV3 -9V试判断晶体管的电极和类型。答：若晶体管工作在放大区，发射结正偏，集电路反偏，再者各电路均为负值， 所以该晶体管为 PNP 型，极性如图所示。 1-15 晶 体
12、 管 3DG8A 的 输 出 曲 线如 图 示 ， 已 知 它 的 P CM200mw ， I20mAVBRCED15V 1 定义安全工作区 （ 2）定出放大区 3当 VCE6V时，能否使 IC 工作在30mA ，为什么？（1）阴影线外为过耗区，内为安全区。解： （2） CES VBRCED之间为放大区， VCES为 V 饱和压降。（ 3）当 VCE6V 时，不能使 IC 工作在 30mA 因为 ICM20mA-7- 第一章 半导体器件特性 第 2 章 放大器基础 2.1 知识点归纳 一、放大的概念 放大实质上是将微弱的信号通过有源器件（晶体管或场效应管）对能量进行控制的过程，是将直流电源提供
13、的能量转化为负载所获得的虽信号变化的能量。放大的前提是信号不失真。二、放大电路的组成原则 1.放大电路的核心元件是有源器件，即晶体管或场效应管。 2.正确的直流电源电压数值、极性与其它电路参数应保证晶体管工作在放大区，场效应管工作在恒流区，即建立起合适的静态工作点。保证电路中的信号不失真。三、放大器的主要性能指标： 1.放大倍数A 2. 输入电阻Ri 3.输出电阻 R0 4.最大不失真输出电压U OM 5. 下限截止频率 f L ，上限截止频率 f H 及同频带BW 6. 最大输出功率P0 m 和效率 。四、放大电路的分析方法分析放大电路的方法有两种，即图解法和微变等效电路法。图解法用于确定静态工作点和分析打信号工作的动态情况，微变等效电路法只适用于分析、计算低频小信号工作时电路的动态指标。分析电路应遵循“先静态，后动态”的原则，只有静态工作点合
