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1、特种半导体器件和应用课程练习题第二章 特种可控硅12 可控硅中损耗与频率的关系。 通损耗和反向恢复损耗所占总损耗的比例随着频率的增高而加大；而通态损耗占总损耗的比例随着频率增高而减少，当达到某一频率(表中5kHz)时降到零。因此，可控硅在低频工作时，通态损耗占主要部分；当频率增高到某一数值时，开关损耗(开通损耗和反向恢复损耗)和扩展损耗开始占主导地位；进一步增加工作频率，只出现开关损耗和扩展损耗。特别是开通损耗随着频率提高而单调地增加，频率越高，开通损耗越大。大的开通损耗将使平均结温升高，这一开通损耗并不是分散在整个阴极结面上，而是集中在局部的初始导通区内，引起初始导通区的瞬时温升增高，从而导
2、致器件在短期内出现热疲劳损坏，缩短元件的工作寿命，严重时可能立即烧毁。34 可关断可控硅（GTO）的基本原理。 GTO和普通可控硅一样，均为PNPN四层三端元件，只是GTO的关断结构和关断机理与普通可控硅有所不同。GTO和普通可控硅最重要的区别就是回路增益1+21，而近似等于1，因而处于临界导通状态。5 GTO的主要参数。1. 最大可关断阳极电流IATO。2.关断增益off。3.掣住电流IL。4.关断时间toff。6 双向可控硅的触发方式1I+触发方式。 2I -触发方式。3+触发方式。4 -触发方式7 画出用开关S有切换双向可控硅的三种工作状态，开关S在位置1上，双向可控硅处于断态，电路不接
3、通。在位置2上，门极只允许半波电流通过，这时双向可控硅相当普通可控硅。在位置3上，门极全波接通。并说出在位置2和位置3上各自的触发方式图(b)开关S有三种工作状态，开关S在位置1上，双向可控硅处于断态，电路不接通。在位置2上，门极只允许半波电流通过，这时双向可控硅相当于普通可控硅，负载RL上得到半波脉动直流功率，触发方式为I+。在位置3上，门极全波接通，触发方式为I +和-。8 双向可控硅的重要特点。 不管所加触发信号电压UG对T2是正向还是反向，双向可控硅都能被触发导通。双向可控硅的这个特点是普通可控硅所没有的。9 双向可控硅的特性参数。1双向可控硅的伏安特性曲线。2额定通态平均电流和额定通
4、态平均电压。3门极可触发电流IGT和门极可触发电压UGT。4维持电流(IH)和掣住电流(IL)。5浪涌电流ITSM。6.换向电流临界下降率di/dt|c。7结温1011 画出双向可控硅灯光调节电路并说明其工作原理。双向二极管2CTS、R1和C1组成触发电路。当电源电压为正半周时，电源电压通过R1向C1充电，电容C1上的电压极性是上正下负。当这个电压增高达到双向二极管的转折电压时，双向二极管导通，使双向可控硅的门极G相对主电极T2得到一个正向触发脉冲，使双向可控硅导通。这相当于I+触发方式。在电源电压过零的瞬间，双向可控硅自动阻断；当电源电压处于负半周时，电源电压对C1反向充电，C1上电压的极性
5、为下正上负，当这个电压值达到双向二极管的转折电压时，双向二极管导通，使双向可控硅得到一个负向触发信号，使双向可控硅导通。这相当于-触发方式。在电路中，调节R1的阻值，可以改变R1C1的时间常数，从而改变了触发脉肿的出现时刻，即改变了双向可控硅的导通角，因而使负载上得到的平均电压不同，达到调节灯光的目的。电阻R2、R3和电容C2是为了防止灯从关开，产生灯突然亮的“突跳”，而且可将移相范围扩大。1213 光控可控硅的工作原理。可以把元件看成是由两个三极管组成的。一个是P1N1P2型三极管，另一个是N1P2N2型三极管，如图(a)所示。中间的N1P2部分为两个三极管共用，这一部分相当于一个光电二极管
6、。当一定照度的光信号照射到J2处的光敏区时，在光能的激发下，J2附近产生大量的电子和空穴两种载流子，它们在外加电压的作用下穿过J2结的阻挡层，使光控可控硅从阻断状态变成导通光控可控硅导通之后，即使无光照也不会自行截止，而只有当加在元件上的正向电压降到零或成为反向电压才会截止。第四章 热敏电阻1 写出热敏电阻器的几个主要特性和主要参数。 1电阻-温度特性。2.伏-安特性 1标称电阻值R25。2电阻温度系数 % -1 。3耗散系数H 单位W -1 。 4时间常数 单位J -1 。 5额定功率PE 。 6测量功率。23 写出热敏电阻流量计的原理并画出示意图。它是将两个热敏电阻器分别置于管道中央和温度
7、与流动介质相同，但不受介质流速影响的小室中。两只热敏电阻RT1、RT2和电阻器R1、电位器W2构成电桥的四臂。电位器W1和电位差计G作为流量指示器，直流电源E通过开关K加到桥路的两个端点上。当介质处于静止状态时，电桥处于平衡状态，电流计没有指示；当介质流动时，RT1介质流动要带走热量，它的温度要发生变化使阻值改变。于是电桥失去平衡，电流计就有指示。电桥的指示直接反映了所测介质流速。电位器W2可以调整电桥平衡的零点。电位器W1可以调整表头的灵敏度4 写出串并联热敏电阻用于温度补偿的方法和电路图（用曲线表示效果）。右图 (b)所示为串并联温度补偿电路及原理说明。由特性曲线可见，经过补偿之后，ab之
8、间的总电阻Rab的在-20+80的范围内阻值变化不超过土2。5 写出PTC热敏电阻的恒温原理PTC热敏电阻具有恒温作用：电流通过元件后引起元件温度升高。当超过居里点温度后，由电阻-温度特性曲线可知，电阻增大。在恒压情况下则电流下降，相应元件温度亦降低，电阻值减小。这又导致电流增加，元件温度升高，电阻增加，电流下降，重复上述过程这样，元体本身就起到了自动调节温度的作用。6 画出PTC热敏电阻用作自动开关的电路并说明其工作原理（以电视机消磁电路为例）。在彩色电视接收机中，为了排除由于地磁及各种干扰磁场对机器中某些铁磁部件造成的磁化影响，从而保证较好的色纯和会聚，提高图象质量，要设置消磁电路，要求消
9、磁线圈中流过如后图 (a)所示的振幅随时间衰减的正弦波电流。后图 (b)所示电路就能产生这样的电流。电路中LDG是消磁线圈，RT是正温度系数热敏电阻，K是开关。刚接通电源时，因为RT的冷阻值很小，就有很大的电流流过消磁线圈，同时流过电阻RT，使其温度上升，从而RT阻值迅速增加，因此流过消磁线圈的电流急剧衰减，三、四秒钟之内电流减至很小。这一很小的电流既可维持PTC热敏电阻RT的温度和高阻值，又不致对收看电视节目造成不良影响。这里，PTC热敏电阻起到了自动开关作用：刚接通电源时开关闭合，几秒钟之后自动将电源切断(忽略掉残存的很小的电流)。第五章 力敏器件1 固体压阻效应的原因是哪二种？固体产生压
10、阻效应的原因大体上有两个；一是固体外形变化，即长度和截面积变化带来的电阻变化。另一个是由于应力，固体电导率本身发生变化而带来的电阻变化。23 写出半导体应变片的几个特点(1)应变灵敏度系数大。(2)可以得到正应变灵敏度系数(伸长形变时电阻增加)和负应变灵敏度系数(伸长形变时电阻减少)。因此，容易制作温度补偿应变片。金属应变片只能得到正应变灵敏度系数。(3)应变片阻值变化范围很大。4 半导体应变片有几种 (1)温度自补偿半导体应变片。 (2)双器件温度补偿型半导体应变片。(3)灵敏度补偿型半导体应变片。 (4)通用型半导体应变片。 (5)大功率型半导体应变片。(6)超直线性半导体应变片。5 使用
11、半导体应变片时应注意哪几点(1)按照需要和弹性体(试件)的结构形式选择应变片的型号， (2)根据应力大小设计弹性体的造形； (3)粘贴应变片之前要将弹性体表面处理干净，去除氧化层和油腻。粘贴表面应保持平整，光洁度不低于v5；放入40烘箱烘15分钟， (4)粘贴时要选用适合的应变胶(如天津产KY-4应变胶)。贴上应变片，待固定后放置在室温下固化一小时，然后放入60烘箱内，再固化一小时。对于测量精度要求不高的传感器，也可在室温下固化五小时后直接使用； (5)贴片时，注意应变片与弹性体之间保证良好的绝缘性，防止产生漏电流，使测量稳定。 (6)粘贴完毕之后，在应变片上涂一层防护层，以防止大气对应变片的
12、侵蚀，保证应变片长期工作的稳定性。若工作于高温、潮湿、盐雾、腐蚀、汽油等环境下，还应采取隔离和封闭结构，也可涂防护剂。6 在结型场效应力敏器件中压阻和晶向的关系。从半导体压阻理论分析表明，沟道电阻在应力作用下发生改变完全是由于载流子浓度和迁移率发生改变的结果。而对于不同晶向的迁移率的改变又是不一样的，压阻系数在不同晶向有着不同的数值。因此，在制造结型场效应力敏器件时，应当选用压阻效应比较大的晶向，以便获得较高的灵敏度。第六章 1 说出什么是霍尔效应所谓霍尔效应是指载流半导体位于方向与电流方向垂直的磁场中，在垂直于电流和磁场的方向上产生电压(称霍尔电压或霍尔电势)的现象。2 写出霍尔器件的主要参
13、数1控制电流极内阻。 2霍尔电势极内阻。3灵敏度。4不等位电阻。5最大控制电流。6霍尔电势温度系数。 7内阻温度系数。8寄生直流电势。 9热阻3 说明什么是磁阻效应霍尔元件的内阻随磁场绝对值的增加而增加的现象称为磁阻效应。图7所示为两种不同的霍尔元件内阻R和磁感应强度B之间的关系(图中R(0)为B0时的内阻)。由图可见，不同型号的霍尔元件磁阻效应不同，这不仅和材料有关，还和元件的几何形状有关。4 什么是零位误差并写出二种补偿方法并画出电路图。霍尔元件的零位误差包括不等位电势、寄生直流电势、感应零电势和自激零电势。其中不等位电势是主要的零位误差。 霍尔元件通过控制电流时，即使不加外磁场，元件的霍
14、尔输出端之间也存在电位差，这个电位差就称不等位电势，它也可用零磁场阻抗来间接表示。不等位电势的产生原因如图14(a)所示， 由于两个霍尔电极c、d在制作时不可能完全对称地焊接在霍尔片两侧，因此，当控制电流流过霍尔片时，c、d之间就不处在同一电位面上。虽然不加磁场，c、d之间也有不等位电势。此外，元件材料在结晶结构和电性能方面的不均匀性或者霍尔片的几何尺寸不规则、控制电流极的端面接触不良等，都能引起不等位电势。霍尔电极c、d的两个不等位面(虚线所示)间的体电阻R0，称为不等位电阻，r0U0I，它是霍尔元件的一个重要参数。可以用r0来表示元件不等位电势的大小， r0越小，不等位电势就越小。5 说出
15、二种霍尔器件温度补偿的方法并画出其电路图。 (1)串联电阻温度补偿电路对于霍尔系数RH随温度上升而减小的霍尔元件，为了使霍尔输出保持恒定，可以适当增加控制电流。如图4所示，用一个负温度系数的热敏电阻Rt，串联在输入回路里，当温度升高时，Rt阻值减小若供给电压不变，则可使控制电流加大。在装配时，热敏电阻器应和霍尔元件封在一起或靠近，以使它们的温度变化一致。(2)利用输出回路负载的温度补偿电路 当霍尔电势温度系数和内阻温度系数都为正时，控制电流I采用恒流源供给，可以不考虑输入电阻随温度变化的影响，只考虑输出回路的温度影响就可以了。虽然输出电阻(霍尔电势极内阻)和霍尔输出都随温度升高而增加，但输出电阻的增量比霍尔输出的增量大，因此选择合适的负载RL，就有可能补偿负载电压，使其保持不变。负载电阻的最佳值可按下式计算： RLRV(0)/。式中 RV(0)为温度是0时的输出电阻； 和分 别
