第1章课后习题参考答案.docx

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第1章课后习题参考答案

第一章半导体器件基础

1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。

解：

（a）图分析：

1）若D1导通，忽略

D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则

UO=1V，

UD2=1-4=-3V。

即D1导通，D2截止。

2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则

UO=4V，

在这种情况下，D1两端电压为UD1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，

D1将因电流过大而

烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。

综上分析，正确的答案是

UO=1V。

（b）图分析：

1.由于输出端开路，所以

D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以

UO=UI=10V。

2．图所示电路中，E

二极管为理想元件，试确定电路的电压传输特性（uo-uI曲线）。

解：

由于E

其电压传输特性如图所示。

uo

E

ui

3．选择正确的答案填空

在图所示电路中，电阻R为6Ω，二极管视为理想元件。

当普通指针式万用表置于R×1

Ω挡时，用黑表笔（通常带正电）接A点，红表笔（通常带负电）接B点，则万用表的指示值为

（a）。

a.l8Ω，b.9Ω，c.3Ω，d.2Ω,e.0Ω

解：

由于A端接电源的正极，B端接电源的负极，所以两只二极管都截止，相当于断

开，等效电路如图，正确答案是18Ω。

4．在图所示电路中，uI=10sinωtV，E=5V，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压uo的波形。

解：

（a）图

当uI＜E时，D截止，uO=E=5V；

当uI≥E时，D导通，uO=uI

uO波形如图所示。

uI

10V

5V

0

ωt

uo

10V

5V

0

ωt

（b）图

当uI＜-E=-5V时,D1导通D2截止，uo=E=5V；

当-E＜uI＜E时，D1导通D2截止，uo=E=5V；

当uI≥E=5V时，uo=uI

所以输出电压uo的波形与（a）图波形相同。

5．在图所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件（R、DA、DB）中通过的电流：

（1）UA=UB=0V；

（2）UA=+3V，UB=0V。

（3）UA=UB=+3V。

二极管的正向压降可忽略不计。

解：

（1）UA=UB=0V时，DA、DB都导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：

UF=0V

12UF

12

IR

3.08mA

R3.9k

IDA

IDB

1

IR1.54mA

2

（2）UA=3V

UB=0V时，DA截止，DB导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：

UF=0V

IR

12UF

12

R

3.08mA

3.9k

IDA

0mA

IDB

IR

3.08mA

（3）UA=UB=3V时，DA、DB都导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：

UF=3V

12UF

123

IR

2.31mA

R

3.9

IDA

IDB

1IR

1.16mA

2

6．有两个稳压管Dz1和DZ2，其稳定电压分别为5.5V和8.5V，正向压降都是

要得到0.5V、3V、6V、9V和14V几种稳定电压，这两个稳压管（及限流电阻

0.5V。

如果）应该如何联

接?

画出各个电路。

解：

+

R

+

+

+

DZ2

DZ1

DZ2

uI

DZ1

uo=0.5V

uo=3V

–

–

–

–

+

+

R

+

1

R

+

uI1

DZ2

DZ1

–

uo=3V

uI

uo=6V

–

uI2

DZ1

DZ2

R2

–

–

–

+

+

+

+

+

R

R

DZ2

DZ1

uo=9V

uI

uo=14V

DZ1

DZ2

–

–

–

–

7．在图所示，E=10V，u=30sinωtV。

试用波形图表示二极管上电压

uD。

解：

分析

1.当u＜–E=–10V时，D截止，uD=u+E；

2.当u＞–E时，D导通，uD=0V

由此可画出uD波形如图所示。

u（V）

30

0t

–10

–30

uD（V）

0t

–20

8．在图所示，E=20V，R1=900Ω，R2=1100Ω。

稳压管DZ的稳定电压UZ=10V，最大稳

定电流IZmax=8mA。

试求稳压管中通过的电流IZ。

它是否超过IZmax?

如果超过，怎么

办?

已知：

E=20V，R1=900Ω，R2=1100Ω，UZ=10V，IZmax=8mA。

求：

IZ

解：

设流过R1的电流为IR1，流过R2的电流为IR2，则在DZ起稳压作用时有：

IR1

E

UZ

2010

R1

11.1mA

900

IR2

UZ

10

9.1mA

R2

1100

IZ

IR1

IR2

11.19.12mA

由于IZ＜IZmax，稳压管可以正常工作。

如果

IZ＞IZmax，则稳压管不能正常工作，这时应

适当增大R1或减小R2，使IZ＜IZmax。

9．判断下列说法是否正确，并在相应的括号内画

√或×。

1）P型半导体可通过纯净半导体中掺入五价磷元素获得。

（

×）

2）在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为

P型半导体。

（√）

3）P型半导体带正电，N型半导体带负电。

（

×

）

4）PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。

（

×

）

5）漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。

（√

）

6）由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把

PN结两端短路时就有电流通过。

（×

）

7）PN结方程可以描述

PN结的正向特性和反向特性，也可以描述

PN结的反向击穿特性。

（×）

10．图中的二极管D为理想二极管，试通过计算判断

D是否导通。

解：

解法一：

将

D断开，求得

UA

U4k

U1k

4

1

4

（10）

1

（20）8V

6

4

UB

1

10V

1

（20）

1

由于UA＞UB，故当AB间接二极管，且

A端接二极管正端时，二极管导通。

解法二：

将二极管

D断开，求AB端的戴维南等效电路，可得同样结论。

11．计算图电路中流过二极管的电流ID。

设二极管导通时的正向压降UD=0.7V。

解：

将二极管断开，用戴维南定理。

1）求开路电压UOC

2k3k

+–

U2k

+

A

+

–

10V

Uoc

5V

–

B–

+

UOCUAB10V

U2k

10

2k

（105）4V

2k

3k

2）求等效电阻Ro

2k

3k

A

Ro

B

2k3k

RO1.2k

2k3k

3）画戴维南等效电路，求ID

Ro

A

Ro

A

1.2kΩ

ID

1.2kΩ

ID

+

+

D

+

0.7V

Uoc

4V

Uoc

4V

–

–

B

–

B

UOC0.7V

40.7

ID

2.75mA

RO

1.2k

12．整流二极管通常不允许工作在反向击穿区，以防管子损坏。

即使不损坏，管子也易发

热，不利于正常运行。

在如图所示电路中，整流二极管

为250mW，外加130V反向电压。

问该二极管是否会损坏

D的反向击穿电压为

?

100V，定功耗

解：

求二极管工作在反向击穿状态下的最大允许反向饱和电流IR

IR

250mW

2.5mA

100V

求电路中通过二极管的电流I

I

130

100

3mA

10k

由于I＞IR，所以该二极管可能损坏。

13．试分析如图所示单相全波整流电路：

L）若整流二极管D2虚焊，输出电压

uO为多少?

2）如果变压器副边中心抽头虚焊，

uO为多少?

3）若把D2的极性接反，能否正常工作

?

会出现什么问题?

4）若D2因过载而击穿，会出现什么问题

?

5）如果把

D1和D2都反接，是否仍有整流作用

?

所不同的是什么?

解：

设u

2Usin

t（V），则：

1）电路工作在半波整流状态，

uo=0.45U；

2）不论u状态如何，D1、D2总有一个是截止的，所以

uo=0V；

3）不能正常工作，当

u处于正半周时，D1、D2将因短路而烧毁；

4）不能正常工作，当

u处于正半周时，D1也将因短路而烧毁；

5）仍能起整流作用，只是

uo的极性与图示相反。

14．图中的（a）和（b）为两种测量二极管伏安特性的电路。

为保证测量的精度，试问这两种电

路分别适用于测量正向特性还是反向特性

?

标出直流电源V和测量仪表的极性，并确定电

流表应采用毫安表还是微安表。

答：

（a）图用于测量二极管的正向特性，因为二极管正向电阻小，而电压表的内阻大，电流

表的内阻小，为了减小测量误差，应将电压表与二极管并联后再与电流表串联。

又由于二极

管正向接法时，电流较大，所以电流表应用毫安表，且直流电源和测量仪表的极性如图（a）

所示。

（b）图用于测量二极管的反向特性，因为二极管反向电阻大，而电压表的内阻大，电流

表的内阻小，为了减小测量误差，应将电流表与二极管串联后再与电压表并联。

又由于二极

管反向接法时，电流较小，所以电流表应用微安表，且直流电源和测量仪表的极性如图（b）

所示。

+

–

–A+

A

–

–

+

+

D

V

D

V

V

V

RP

–

RP

+

+

–

（a）

（b）

15．如图所示为3AG25三极管的输出特性曲线，当UCE=-6V，IB

分别从

0.02mA变到

0.04mA；0.04mA变到0.06mA；0.06mA变到0.08mA；0.08mA变到0.1mA时，动态电流放大系数β各为多少?

当IB等于0.02mA、0.04mA、0.06mA、0.08mA和0.10mA时的静态电流放大系数β各为多少?

解：

过UCE=–6V处作横轴的垂线交各特性曲线如图，查得ICEO=0mA。

1）求β值：

IB0.02mA~0.04mA区间

IC

1.80.7

IB

55

0.02

IB0.04mA~0.06mA区间

3.11.8

0.02

65

IB0.06mA~0.08mA区间

4.93.1

90

0.02

IB0.06mA~0.08mA区间

6.64.9

85

0.02

2）求

根据IC

IB

ICEO得

IC

ICEO

IB

将特性曲线查得的

IB、IC、ICEO的值和对应的

填入下表

IB（mA）

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

IC（mA）

0.7

1.8

3.1

4.9

6.6

35

45

52

61

66

β

55

65

90

85

16．某三极管输出特性如图所示。

已知ICM=40mA，U（BR）CEO=50V，PCM=400mW。

试标出曲线的放大区、截止区、饱和区、过损耗区，并估算UCE=15V，IC=15mA时管子的β值和α值。

解：

1）临界饱和线的绘制

晶体三极管在临界饱和时有UBC=0，即UCE=UCB+UBE=UBE。

由此可绘制出临界饱和线如图，临界饱和线的左端（即纵坐标附近）为饱和区；

2）临界损耗线PC的绘制

临界损耗线是指UCE×IC=PC（=400mW）的点所连接的曲线。

当IC=ICM=40mA时，UCE

PCM

400mW

ICM

40mA

10V

当IC=30mA

PCM

13.3V

时，UCE

30

当IC=20mA

PCM

20V

时，UCE

20

当IC=10mA

PCM

40V

时，UCE

10

当UCE=U（BR）CEO=50V时，IC

PCM

400mW

U（BR）CEO

8mA

50V

由上述数据可绘制出临界损耗线如图，这条曲线的右上方为过损耗区。

饱PCM线

过

和

放

损

耗

区

区

大

区

截

止

区

3）当UCE=15V，IC=15mA时，图中查得：

IB=300μA,ICEO=0，所以

ic

15mA

50

ib

300

A

50

0.98

1

51

17．测得工作在放大电路中四个晶体管三个电极电位

U1、U2、U3分别为下列各组数值，

判断它们是NPN型还是PNP型，是硅管还是锗管。

确定

e、b、c三个电极。

1）U1=3.5V，U2=2.8V，U3=12V

2）U1=3V，U2=2.8V，U3=12V

3）U1=6V，U2=11.3V，U3=12V

4）U1=6V，U2=11.8V，U3=12V

解：

放大电路中的晶体三极管必须工作在放大状态，

对于NPN型三极管，要求UBE＞0，UBC

＜0，即UC＞UB＞UE；对于PNP型三极管，则要求

UBE＜0，UBC＞0，即UC＜UB＜UE。

因

此可判断：

1）U1=3.5V，U2=2.8V，U3=12V

因为U2＜U1＜U3,且U12=0.7V

所以它是NPN型硅管。

1极为b极，2极为e极，3极为c极

2）U1=3V，U2=2.8V，U3=12V

因为U2＜U1＜U3,且U12=0.2V

所以它是NPN型锗管。

1极为b极，2极为e极，3极为c极

3）U1=6V，U2=11.3V，U3=12V

因为U1＜U2＜U3,且U23=–0.7V

所以它是PNP型硅管。

1极为c极，2极为b极，3极为e极

4）U1=6V，U2=11.8V，U3=12V

因为U1＜U2＜U3,且U23=–0.2V

所以它是PNP型硅管。

1极为c极，2极为b极，3极为e极

18．断图中各晶体管的工作状态（饱和、放大、截止）。

设管子均是硅管。

解：

（a）图中，UBE=0.1-（-0.2）=0.3V>0，UBC=0.1-6=–5.9V＜0，T1工作在放大状态。

（b）图中，若发射结正偏，则UB=UE+UBE=3.6+0.7=4.3V，UBC=UB-UC=4.3-1.4=2.9V，集电

结将烧毁；所以三极管集电结正偏，发射结反偏，T2工作在倒置放大状态。

（c）图中，0.7V的电压不能使两个

PN结导通，所以

T3截止。

6

0.7

5.3

0.196mA

（d）图IB

）

1k27

6（1

ICS

12

0.3

4

0.146mA

IBS

20

由于IB＞IBS，所以T4饱和。

19．分别标出如图电路中电压

VDD的极性，并指出管子类型。

解：

（a）是N沟道结型场效应管

（b）图是P沟道结型场效应管

（c）是N沟道耗尽型场效应管

（d）是N沟道增强型场效应管

（e）是P沟道耗尽型场效应管

（f）是P沟道增强型场效应管

电源VDD的极性如图所示。

+

–

+

+

–

–

20．某MOS场效应管的漏极特性如图所示，试分别画出UDS=9V、6V、3V时的转移特性

曲线。

解：

ID/mA

UDS=9V

04812UGS/V

ID/mA

UDS=6V

04812UGS/V

ID/mA

UDS=3V

0

8

12UGS/V

4

21．由上题图的

MOS管组成的电路如图下图所示，试分析当

ui=4V、8V、l2V时，这个

管子分别处于什么状态。

解：

由题1-20图可得：

Ugs（th）=4V，ID0=ID|Ugs=2Ugs（th）=1.2mA

作交流负载线：

负载线方程为：

uDS

VDD

iDRD，

令iD

0，得uDS

VDD

12V；

令uDS

0，得iD

VDD

12V

RD

3.08mA

3.9k

过点（12V，0）和点（0，3.08mA）可得交流负载线如图所示：

1）ui=4V时，ugs=Ugs（th）=4V，场效应管处于微导通状态，

ID≈0.3mA（查图）

Uds=VDD-IDRD=12-3.90×.3=10.83V

由于Uds>Ugs-Ugs（th）=4-4=0

所以场效应管工作在恒流区（即线性放大状态）

2）ui=8V时，ugs=8V>Ugs（th）=4V，查得ID=1.2mA

Uds=VDD-IdRD=12-1.2×3.9=7.32V

-U=8-4=4V，所以场效应管工作在恒流区（即线性放大状态）。

由于Uds>Ugs

gs（th）

3）ui=12V时

即ugs=12V>Ugs（th）=4V，查得ID=2.2mA

Uds=VDD-IdRD=12-2.23.9=3.42V×

由于Uds

22．如图是一种

CMOS反相器电路，若NMOS管和PMOS管开启电压|UT|=4V，导通电

阻ron=500Ω，试问：

（l）ui分别为0V和10V时，uo等于多少?

（2）若将PMOS管改成

10kΩ电阻，上述输入电压下uo等于多少?

解：

1）当ui=0V时，ugsn=0V，NMOS管夹断；ugsp=-10V，PMOS管导通，由于

ron?

夹断管

电阻，所以，u0=10V；

on?

夹断管电

i

gsn

gsp

，PMOS管夹断，由于r

当u=10V

时，u=10V

，NMOS管导通；u=0V

阻，所以，u0=0V；

2）用10kΩ电阻取代PMOS管后，

rds

10V；