习题解答1

第1章

半导体存器件

1.1 在 如 图 1.4 所 示 的 各 个 电 路 中 , 已 知 直 流 电 压 U i ? 3 V , 电 阻 R ? 1 k Ω , 二 极 管 的 正 向 压 降 为 0.7V , 求 Uo。
R + Ui (a) R VD + Uo + Ui (b) R VD R + Uo + Ui VD 5V (c) R + Uo -

图 1.4 分析

习题 1.1 的图

U o 的值与二极管的工作状态有关,所以必须先

判断二极管是导通还是截止。若二极管两端电压为正向偏 置则导通,可将其等效为一个 0.7 V的恒压源;若二极管 两端电压为反向偏置则截止,则可将其视为开路。 解 对图 1.4 ( a )所示电路,由于 U i ? 3 V ,二极管 VD 承受正向电压,处于导通状态,故: U o ? U D ? 0.7 ( V ) 对图 1.4 ( b )所示电路,由于 U i ? 3 V ,二极管 VD 承受 反向电压截止,故: R 1 Uo ? U i ? ? 3 ? 1.5 ( V )
R?R 2

对图 1.4 ( c )所示电路,由于 U i ? 3 V ,二极管 VD 承受

2

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正向电压导通,故:
U o ? 5 ? U D ? 5 ? 0.7 ? 4.3 ( V )

在 如 图 1.5 所 示 的 各 个 电 路 中 , 已 知 输 入 电 压 u i ? 10 s i n ?t V , 二 极 管 的 正 向 压 降 可 忽 略 不 计 , 试 分 别 画出 各电路的输入电压 u i 和输出电压 u o 的波形。 分析 在 u i 和 5V 电源作用下,分析出在哪个时间段内 二极管正向导通,哪个时间段内二极管反向截止。在忽略 正向压降的情况下,正向导通时可视为短路,截止时可视 为开路,由此可画出各电路的输入、输出电压的波形。
R + ui VD 5V + uo (a) + ui VD R 5V (b) + uo + VD ui 5V (c) R + uo -

1.2

图 1.5

习题 1.2 的图

解 对图 1.5 ( a )所示电路,输出电压 u o 为:
u o ? ui ? u R ? U D ? 5

u i ≥ 5V 时 二 极 管 VD 承 受 正 向 电 压 导 通 , U D =0 , u o =5V ; u i <5V 时二极管 VD 承受反向电压截止,电阻 R 中无电流, u R =0 , u o = u i 。输入电压 u i 和输出电压 u o 的 波形如图 1.6 ( a )所示。

第 1 章 半导体器件
ui (V) 10 5 0 uo (V) 10 5 0 (a)
ωt ωt

3
ui (V)
ωt

ui (V) 10 5 0 uo (V) 10 5 0 (b)
ωt

10 5 0 uo (V) 10 5 0 (c)

ωt

ωt

图 1.6

习题 1.2 解答用图

对图 1.5 ( b )所示电路,输出电压 u o 为:
u o ? ui ? U D ? u R ? 5

u i ≥ 5V 时二极管 VD 承受正向电压导通, U D =0 , u o = u i ; u i <5V 时二极管 VD 承受反向电压截止,电阻 R 中无 电流, u R =0 , u o =5V 。输入电压 u i 和输出电压 u o 的波形 如图 1.6 ( b )所示。 对图 1.5 ( c )所示电路,输出电压 u o 为:
uo ? ui ? u R ? 5 ? U D

u i ≥ 5V 时二极管 VD 承受反向电压截止,电阻 R 中无 电流, u R =0 , u o = u i ; u i <5V 时二极管 VD 承受正向电压 导通, U D =0 , u o =5V 。输入电压 u i 和输出电压 u o 的波形 如图 1.6 ( c )所示。 1.3 在如图 1.7 所示的电路中,试求下列几种情况下 输出端 F 的电位 U F 及各元件( R 、 VD A 、 VD B )中的电 流,图中的二极管为理想元件。 (1) UA ? UB ? 0 V。 ( 2 ) UA ? 3 , U B ? 0 V 。 (3) UA ? UB ? 3 V。

4

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+UCC(+6V)
VD A A VD B B R 3kΩ

F

图 1.7 分析

习题 1.3 的图

在一个电路中有多个二极管的情况下,一些二

极管的电压可能会受到另一些二极管电压的影响,所以, 在判断各个二极管的工作状态时,应全面考虑各种可能出 现的因素。一般方法是先找出正向电压最高和(或)反向 电压最低的二极管,正向电压最高者必然导通,反向电压 最低者必然截止,然后再根据这些二极管的工作状态来确 定其他二极管承受的是正向电压还是反向电压。 解 ( 1 )因为 U A ? U B ? 0 V 而 U CC =6V ,所以两个二极管 VD A 、 VD B 承 受 同 样 大 的 正 向 电 压 , 都 处 于 导 通 状 态 , 均可视为短路,输出端 F 的电位 U F 为: UF ? UA ? UB ? 0 (V) 电阻中的电流为: U ?UF 6 ? 0 I R ? CC ? ? 2 ( mA )
R 3

两个二极管 VD A 、 VD B 中的电流为: 1 1 I DA ? I DB ? I R ? ? 2 ? 1 ( mA )
2 2

( 2 )因为 U A ? 3 , U B ? 0 V 而 U CC =6V ,所以二极管 VD B 承受的正向电压最高,处于导通状态,可视为短路,输出

第 1 章 半导体器件

5

端 F 的电位 U F 为:
UF ? UB ? 0 (V)

电阻中的电流为:
IR ? U CC ? U F 6 ? 0 ? ? 2 ( mA ) R 3

VD B 导 通 后 , VD A 上 加 的 是 反 向 电 压 , VD A 因 而 截 止,所以两个二极管 VD A 、 VD B 中的电流为: I DA ? 0 ( mA ) I DB ? I R ? 2 ( mA ) ( 3 ) 因 为 UA ? UB ? 3 V 而 U CC =6V , 所 以 两 个 二 极 管 VD A 、 VD B 承 受 同 样 大 的 正 向 电 压 , 都 处 于 导 通 状 态 , 均可视为短路,输出端 F 的电位 U F 为: UF ? UA ? UB ? 3 ( V ) 电阻中的电流为: U ? UF 6 ? 3 I R ? CC ? ? 1 ( mA )
R 3

两个二极管 VD A 、 VD B 中的电流为: 1 1 I DA ? I DB ? I R ? ?1 ? 0.5 ( mA )
2 2

1.4 在如图 1.8 所示的电路中,试求下列几种情况下 输出端 F 的电位 U F 及各元件( R 、 VD A 、 VD B )中的电 流,图中的二极管为理想元件。 ( 1 ) UA ? UB ? 0 V 。 ( 2 ) UA ? 3 V , UB ? 0 。 ( 3 ) UA ? UB ? 3 V 。
A B VDA VDB R 3kΩ F

6

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图 1.8 分析

习题 1.4 的图

本题与上题一样,先判断出两个二极管 VD A 、

VD B 的工作状态,从而确定出输出端 F 的电位,再根据 输出端 F 的电位计算各元件中的电流。 解 ( 1 ) 因 为 U A ? U B ? 0 V , 所 以 两 个 二 极 管 VD A 、 VD B 上的电压均为 0 ,都处于截止状态,电阻 R 中无电 流,故: I DA ? I DB ? I R ? 0 ( mA ) 输出端 F 的电位 U F 为: UF ? UR ? IR R ? 0(V) ( 2 )因为 U A ? 3 V , U B ? 0 V ,所以二极管 VD A 承受的正 向电压最高,处于导通状态,可视为短路,输出端 F 的 电位 U F 为: UF ? UA ? 3 (V) 电阻中的电流为: U ?U F 6 ? 3 I R ? CC ? ? 1 ( mA )
R 3

VD A 导 通 后 , VD B 上 加 的 是 反 向 电 压 , VD B 因 而 截 止,所以两个二极管 VD A 、 VD B 中的电流为: I DB ? 0 ( mA ) I DA ? I R ? 1 ( mA ) ( 3 )因为 U A ? U B ? 3 V ,所以两个二极管 VD A 、 VD B 承 受同样大的正向电压,都处于导通状态,均可视为短路, 输出端 F 的电位 U F 为: UF ?UA ?UB ? 3 (V) 电阻中的电流为:

第 1 章 半导体器件

7

IR ?

U CC ? U F 6 ? 3 ? ? 1 ( mA ) R 3

两个二极管 VD A 、 VD B 中的电流为: 1 1 I DA ? I DB ? I R ? ? 1 ? 0.5 ( mA )
2 2

1.5
e ? 30 sin?t

在 如 图 1.9 所 示 的 电 路 中 , 已 知 V 。试用波形图表示二极管上的电压 u D 。

E ? 10

V,

分析 设二极管为理想元件,则二极管导通时 u D =0 , 二极管截止时因电阻 R 中无电流, u D ? e ? E ,因此,判断 出二极管 VD 在 u i 和 E 作用下哪个时间段内导通,哪个 时间段内截止,即可根据 u D 的关系式画出其波形。 解 设 二 极 管 为 理 想 元 件 , 则 当 e?E ≥ 0 , 即 e ≥ ? E ? ?10 V 时二极管导通, u D =0 ;当 e ? E ? 0 ,即 e ? ? E ? ?10 V 时 二极管截止, u D ? e ? E ? 30 sin?t ? 10 V 。由此可画出 u D 的波形, 如图 1.10 所示。
uD (V)
e E + VD R + uD -

40 20 E 0 -20

ωt

图 1.9

习题 1.5 的图 答用图

图 1.10

习题 1.5 解

1.6 在如图 1.11 所示的电路中,已知 E ? 20 V , R1 ? 900 Ω , R2 ? 1100Ω 。稳压管 VD Z 的稳定电压 U Z ? 10 V ,最大稳定 电流 I ZM ? 8 mA 。试求稳压管中通过的电流 I Z ,并判断 I Z 是 否超过 I ZM ?如果超过,怎么办?

8

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分析

稳压管工作于反向击穿区时,电流虽然在很大

范围内变化,但稳压管两端的电压变化很小,所以能起稳 压的作用。但与稳压管配合的电阻要适当,否则,要么使 稳压管的反向电流超过允许值而过热损坏,要么使稳压管 因为没有工作在稳压区而不能稳压。
R1 E R2 IZ VDZ

图 1.11

习题 1.6 的图

解 设稳压管 VD Z 工作正常,则电阻 R 1 和 R 2 中的电 流分别为: E ? U Z 20 ? 10 I1 ? ? ? 11.1 ( mA ) R 900
1

U 10 I2 ? Z ? ? 9.09 ( mA ) R 2 1100

稳压管中通过的电流 I Z 为:
I Z ? I1 ? I 2 ? 11.1 ? 9.09 ? 2.02 ( mA )

可见 I Z ? I ZM 。 如果 I Z 超过 I ZM ,则应增大 R 1 ,也可减小 R 2 。但 R 2 一 般是负载电阻,不能随意改变,若 R 1 不能变,则应限制 R 2 的最大值,或另选稳压管。 1.7 有两个稳压管 VD Z1 和 VD Z2 ,其稳定电压分别为 5.5V 和 8.5V ,正向压降都是 0.5V ,如果要得到 0.5V 、 3V 、 6V 、 9V 和 14V 几种稳定电压,这两个稳压管(还

第 1 章 半导体器件

9

有限流电阻)应该如何连接,画出各个电路。 分析 稳压管工作在反向击穿区时,管子两端电压等

于其稳定电压;稳压管工作在正向导通状态时,管子两端 电压等于其正向压降。因此,可通过两个稳压管的不同组 合来得到不同的稳定电压。 解 应按如图 11.12 ( a )~( e )所示各个电路连接, 可分别得到上述几种不同的稳定电压,图中的电阻均为限 流电阻。
R + VDZ1 0.5V (a) VDZ1 (b) R1 R2 - 3V + VDZ2 R VDZ1 VDZ2 (c) + 6V -

R VDZ1 VDZ2 (d) + 9V -

R VDZ1 VDZ2 (e) + 14V -

图 1.12

习题 1.6 的图

1.8 在一放大电路中,测得某晶体管 3 个电极的对地电 位分别为 -6V 、 -3V、-3.2V ,试判断该晶体管是 NPN 型还 是 PNP 型?锗管还是硅管?并确定 3 个电极。 分析 晶体管的类型( NPN 型还是 PNP 型,硅管还是

10

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锗管)和管脚可根据各极电位来判断。 NPN 型集电极电 位最高,发 射 极电位最低 , 即 U C ? U B ? U E , U BE ? 0 ; PNP 型 集 电 极 电 位 最 低 , 发 射 极 电 位 最 高 , 即 UC ?UB ?UE , U BE ? 0 。 硅 管 基 极 电 位 与 发 射 极 电 位 大 约 相 差 0.6 或 0.7V ; 锗 管 基 极 电 位 与 发 射 极 电 位 大 约 相 差 0.2 或 0.3V 。 解 设晶体管 3 个电极分别为 1 、 2 、 3 ,即 U 1 ? ?6 V 、 U 2 ? ?3 V 、 U 3 ? ?3.2 V 。因为 2 、 3 两脚的电位差为 0.2V ,可 判定这是一个锗管,且 1 脚为集电极。由于集电极电位最 低,可判定这是一个 PNP 型管。又由于 2 脚电位最高, 应为发射极,而 3 脚为基极。因为发射极与基极之间的电 压 U BE ? U 3 ? U 2 ? ?3.2 ? (?3) ? ?0.2 V , 基 极 与 集 电 极 之 间 的 电 压 U BC ? U 3 ? U 1 ? ?3.2 ? (?6) ? 2.8 V ,可见发射结正偏,集电结反偏, 晶体管工作在放大状态。综上所述,可知这是一个 PNP 型的锗晶体管。 1.9 晶体管工作在放大区时,要求发射结上加正向电

压,集电结上加反向电压。试就 NPN 型和 PNP 型两种情 况讨论: ( 1 ) U C 和 U B 的电位哪个高? U CB 是正还是负? ( 2 ) U B 和 U E 的电位哪个高? U BE 是正还是负? ( 3 ) U C 和 U E 的电位哪个高? U CE 是正还是负? 分析 晶体管工作在放大区时,要求发射结上加正向 电压,集电结上加反向电压。对 NPN 型晶体管,电源的 接法应使 3 个电极的电位关系为 U C ? U B ? U E 。对 PNP 型晶

第 1 章 半导体器件

11

体管,则应使 U C ? U B ? U E 。 解 ( 1 ) 对 NPN 型 晶 体 管 , 由 U C ? U B ? U E 可 知 : U C ? U B , U B ? U E , U C ? U E ; U CB ? 0 , U BE ? 0 , U CE ? 0 。 ( 2 ) 对 PNP 型 晶 体 管 , 由 U C ? U B ? U E 可 知 : U C ? U B , U B ? U E , U C ? U E ; U CB ? 0 , U BE ? 0 , U CE ? 0 。 1.10 一 个 晶 体 管 的 基 极 电 流 I B ? 80 μ A , 集 电 极 电 流 I C ? 1.5 mA ,能否从这两个数据来确定它的电流放大系数? 为什么? 分析 晶体管工作在不同状态时,基极电流和集电极 电流的关系不同。工作在截止状态时 I B ? 0 , I C ? 0 ;工作在 放大状态时 I C ? ?I B ;工作在饱和状态时 I C ? ?I B 。 解 不能由这两个数据来确定晶体管的电流放大系 数。这是因为晶体管的电流放大系数是放大状态时的集电 极电流与基极电流的比值,而题中只给出了基极电流和集 电极电流的值,并没有指明这两个数据的测试条件,无法 判别晶体管是工作在放大状态还是饱和状态,所以不能由 这两个数据来确定晶体管的电流放大系数。 1.11 若晶体管的发射结和集电结都加正向电压,则集

电极电流 IC 将比发射结加正向电压、集电结加反向电压时 更大,这对晶体管的放大作用是否更为有利?为什么? 分析 晶体管的发射结和集电结都加正向电压时工作 在饱和状态, I C 不随 I B 的增大而成比例地增大,晶体管 已失去了线性放大作用。 解 发射结和集电结都加正向电压时对晶体管的放大 作用不是更为有利,而是反而不利。这是因为这时晶体管 工作在饱和状态,集电极电流 I C 虽然比发射结加正向电

12

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压、集电结加反向电压(即放大状态)时更大,但是 I C 已不再随 I B 线性增大, I B 对 I C 已失去控制作用,所以已 没有放大能力。另一方面,晶体管工作在饱和状态时集电 极与发射极之间的电压 U CE ? 0.5 V ,虽然 I C 更大,但晶体管 的输出电压反而更小,所以也不能把电流放大作用转换为 电压放大作用。 1.12 有两个晶体管,一个管子的 ? ? 150 、 I CEO ? 200 μ A , 另 一 个 管 子 的 ? ? 50 、 I CEO ? 10 μ A , 其 他 参 数 都 一 样 , 哪 个 管子的性能更好一些?为什么? 分析 虽然在放大电路中晶体管的放大能力是一个非 常重要的指标,但并非 β 越大就意味着管子性能越好。衡 量一个晶体管的性能不能光看一、两个参数,而要综合考 虑它的各个参数。在其他参数都一样的情况下, β 太小, 放大作用小;β 太大,温度稳定性差。一般在放大电路 中, 以 ? ? 100 左右 为 好。 I CBO 受温 度影 响 大, 此 值越 小 , 温度稳定性越好 。 I CBO 越大、 ? 越大的管子,则 I CEO 越 大,稳定性越差。 解 第二个管子的性能更好一些。这是因为在放大电 路中,固然要考虑晶体管的放大能力,更主要的是要考虑 放大电路的稳定性。 0 1.13 有 一 晶 体 管 的 PCM ? 1 0 mW , I CM ? 20 mA , U (BR)CEO ? 30 V ,试问在下列几种情况下,哪种为正常工作状 态? ( 1 ) U CE ? 3 V , I C ? 10 mA 。 ( 2 ) U CE ? 2 V , I C ? 40 mA 。 ( 3 ) U CE ? 8 V , I C ? 18 mA 。 分析 I CM 、 U ( BR ) CEO 和 P CM 称为晶体管的极限参数,

第 1 章 半导体器件

13

由它们共同确定晶体管的安全工作区。集电极电流超过 I CM 时晶体管的 β 值将明显下降;反向电压超过 U ( BR ) CEO 时晶体管可能会被击穿;集电极耗散功率超过 P CM 时晶体 管会被烧坏。 第(1)种情况晶体管工作正常,这是因为 U CE ? U ( B R ) C, C ? U CE I C ? 3 ? 10 ? 30 mW ? P CM 。其余两种情况 E O I C ? I CM , P 晶体管工作不正常 1.14 某场效应管漏极特性曲线如图 1.13 所示,试判 断: ( 1 )该管属哪种类型?画出其符号。 ( 2 )该管的夹断电压 U GS(off) 大约是多少? ( 3 )该管的漏极饱和电流 I DSS 大约是多少? 分析 根据表 1.2 所示绝缘栅型场效应管的漏极特性曲 线可知, N 沟道场效应管当 U GS 由正值向负值变化时 I D 减小, P 沟道场效应管当 U GS 由正值向负值变化时 I D 增 大 ; 耗 尽 型 场 效 应 管 在 U GS ? 0 时 I D ? 0 , 增 强 型 场 效 应 管 在 U GS ? 0 时 I D ? 0 。 解 由图 1.13 可知,因为该管当 U GS 由正值向负值变 化时 I D 减小,且 U GS ? 0 时 I D ? 0 ,所以该管属 N 沟道耗尽型 场 效 应 管 , 并 且 夹 断 电 压 U GE(off) ? ?6 V , 漏 极 饱 和 电 流 I DSS ? 12 mA ,其符号如图 1.14 所示。 解

14
ID (mA) 16 12 8 4 0 3 6 9

电子技术学习指导与习题解答

2V UGS=0V -2V -4V 12 UDS(V)

D G S

图 1.13

习题 1.14 的图 用图

图 1.14

习题 1.14 解答

1.15 试由如图 1.13 所示的场效应管漏极特性曲线, 画出 U DS ? 6 V 时的转移特性曲线,并求出管子的跨导 g m 。 分析 根据场效应管漏极特性曲线画转移特性曲线的 方法是:首先根据 U DS 在漏极特性曲线上作垂线,然后 确定出该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应的 I D 值和 U GS 值,最后根据各个 I D 值和 U GS 值画出转移特性 曲线。 解 根据 U DS ? 6 V 在漏极特性曲线上作垂线,如图 1.15 ( a )所示。该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应 的 I D 值和 U GS 值如表 1.4 所示。根据表 1.4 画出的转移特 性曲线如图 1.15 ( b )所示。 表 1.4 U GS (V) I D (mA) -4 4 习题 1.15 解答用表 -2 8 0 12 2 16

第 1 章 半导体器件
ID (mA) 16 12 8 4 0 3 6 9 12 2V UGS=0V -2V -4V UDS(V)

15
ID (mA) 16 UDS=6V

12 I DSS 8 U GS(off) -6 -4 -2 4 0 2 UGS(V)

( a )漏极特性曲线 图 1.15 1.4

( b )转移特性曲线 习题 1.15 解答用图

习题与考研试题精选

1-1 试判断如图 1.16 所示各电路中的二极管是导通还 是截止,并求出 AO 两端的电压 U AO (设二极管是理想器 件)。
VD A 4V 5kΩ 10V O (a) (b) VD1 A 4kΩ 12V O (c) VD1 A 3kΩ 9V O

VD2 15V

VD2 6V

图 1.16

习题 1-1 的图

1-2 试计算如图 1.17 所示各电路中流过二极管的电流 I D 和 A 点的电位 U A ,设二极管的正向压降为 0.7V 。

16

电子技术学习指导与习题解答

+10V 3kΩ A 1kΩ VD (a) ID 500Ω A 2kΩ

+10V 3kΩ ID VD +6V (b) A

+10V

VD 10kΩ 2kΩ (c)

ID

图 1.17

习题 1-2 的图

1-3 在如图 1.18 所示的电路中,试求下列几种情况下 输出端 F 的电位 U F 及各元件( R 、 VD A 、 VD B )中的电 流,图中的二极管为理想元件。 ( 1 ) U A ? 10 V , U B ? 0 。 ( 2 ) U A ? 6 V , U B ? 5.8 。 (3) UA ? UB ? 5 V。 1-4 用直流电压表测得放大电路中几个晶体管 3 个电 极的对地电位分别如表 1.5 所示,试判断这几个晶体管是 NPN 型还是 PNP 型?是锗管还是硅管?并确定每个管子 的 3 个电极及电压 U BE 和 U BC 。
A B 1kΩ 1kΩ VDA VDB R 9kΩ F

图 1.18 表 1.5 U 1 (V) Ⅰ 2.8

习题 1-3 的图 习题 1-4 的表 Ⅱ 2.9 Ⅲ 5 Ⅳ 8

第 1 章 半导体器件

17

U 2 (V) 2.1 2.6 8 5.5 U 3 (V) 7 7.5 8.7 8.3 1-5 试分析如图 1.19 所示各电路中的晶体管各工作在 什么状态,设各晶体管的 U BE ? 0.7 V , ? ? 50 。
+12V
2kΩ
β =50

+12V
20kΩ 2kΩ
β =50

+12V
200kΩ 2kΩ
β =50

2kΩ
(b) (c)

(a)

图 1.19

习题 1-5 的图


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