电子线路1课后习题答案doc.docx
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《电子线路(I)》董尚斌编课后习题(1到7章)
第1章
1-1本征半导体与杂质半导体有什么区别?
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
3
Eg0
子—空穴对,并达到某一热平衡值,本征载流子浓度
ni
A0T2e2kT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
2
3价元素的
决于杂质的浓度,而少子的浓度与
ni或正比,即与温度有很大的关系。
若掺入
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:
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:
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:
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:
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。
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:
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。
通常万用表欧姆档的电池电压为,R×10档时,表头满量程为100μA,万用表的内阻为
RS=150Ω,R×100档时万用表的内阻为RS10RS1500。
用万用表测二极管所构成
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:
R×10档:
V
1.5IRS
R×100档:
V
1.5IRS1.5
10IRS
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
R×10档测量时,交于图中
A点,万用表读数为V1
/I1;用R×100档测时,交于图中B点,万用表读数为V2/I2。
显然前者的阻值较小,而后者的阻值大。
1-18在300K下,一个锗晶体中的施主原子数等于
2×1014cm-3,受主原子数等于
3×
14-3
10cm。
(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N=受主原子(负离子)浓度,
a
Nd=施主原子(正离子)浓度,
则根据电中性原理,可得
Nan
Nd
p
又
np
ni2
(300K下,锗的ni=×1013cm-3)
由上二式可求出
n、p之值。
(2)若
N
a=Nd=1015cm-3,重做上述内容。
(3)若Nd=10
16
-3
,Na=10
14-3
,重做上述内容。
cm
cm
解:
(1)由np
ni
2
与n+Na=P+Nd可得p2
(NdNa)p
ni
2
0
解之得
p
1
(Nd
Na)
(Nd
Na)2
4ni
2
2
由于p>0,故上式根号前应取“+”号,已知
i
13
-3
a
14
-3
d
14
-3
n=×10cm
,N
=3×10cm
,
N=2×10
cm
代入上式得
p
1
(2
3)
10
14
(2
3)10
14
2
4(2.4
10
13
)
2
1.05510
14
cm
3
2
n=p+(Nd-Na)=×10
14
+(2-3)×10
14
=×10
12
-3
cm
由此可知
n
<p因而是P型锗。
(2)由于N
=N,因而由n+N=p+N得
a
d
a
d
n
=p=ni=×1013cm-3
这是本征锗。
(3)由于Na<<Nd,因而可得n>>p
n
≈Nd=1016cm-3
2
(2.4
10
13)2
ni
5.76
10
10
cm
3
n
>>p,故为N型锗。
p
1016
n
1-20若在每105个硅原子中掺杂一个施主原子,
试计算在T=300K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:
T=300K时,n0≈Nd=(×10
22
5
-3
17
-3
10-3
/
10)cm
=×10
cm>>ni=×10cm
则
p0
ni
2
n0
4.53102cm3
本征半导体电导率
σ本=(μn+μp)niq=×10-6S/cm
杂质半导体电导率
σ杂≈μnn0q=119S/cm
因此
σ杂/σ本=238×105
1-21在室温(300K)情况下,若二极管的反向饱和电流为
1nA,问它的正向电流为时
应加多大的电压。
设二极管的指数模型为
iD
IS(eυD
mVT
1),其中m=1,VT=26mV。
D
解:
将
0.5
,
1,
1
,
VT
>>1代入公式得
mA
m
IS
nA
e
iD
eDVT
iDIS
DVT
lniD
IS
D
VTlniD
0.34V
IS
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
R和动态电阻r
d
的大小。
D
解:
(1-25)
从图中可见,
IDQ=20mA、VDQ=,所以静态直流电阻
RD为
VDQ
0.67
33.5
RD
20103
IDQ
从图中可见,ID3010
20mA,因而在静态工作点处其交流电阻为
rd
VT
26
1.3
ID
20
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:
在图(a)电路中D2管优先导通,输出端电压
=+3V,D1截止,通过
1kΩ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
10
10
A点电压也为+,
5
10103.33V;由于D2是理想二极管,则
10
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
V=0,则通过D1的电流为
10
0
10
I
1mA
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。
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;
如果该电压小于导通电压,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:
①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VAB=VA-VB
=-5V-(-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
VD0VVOVAVD5V
正向压降VD(on)=,则输出电压VO=VA-V(on)D=-5V-=-。
②在图题1-27(b)中,断开二极管VD,有VAB=VA-VB=-10V-(-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VO=VB=-5V。
③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=VB1-VA=0V-(-9V)=9V
VD2:
VB2A=VB2-VA=-12V-(-9V)=-3V
二极管接入以后,VD1因正偏处于导通,则
VO=VA=VB1-VVD1=0V-=-
而VB2A=-12V-(-)=-,所以,VD2因反偏处于截止状态。
④在图题1-27(d)中,首先将VD1和VD2断开,求得两管将承受的电压。
VD1:
VAB1=VA-VB1=15V-0V=15V
VD2:
VAB2=VA-VB2=15V-(-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
VA=VB2+VD2
(on)=-10V+=-。
D1因承受电压而截止。
故
VO=VA=-
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,电源电压的大小应满足什么条
件?
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
IZmax
200
33.3mA
6
(1)当电源电压在
18~30V范围内变化时,输出电压
Vo=6,而通过稳压管的电流IZ
为IZ
30
6
24mA
<IZmax,所以稳压管是安全的。
1
103
(2)若电源电压改为
5V,电压Vo=5V(不稳压)。
(3)10
103<VI
63<33.3103
16V<VI<39.3V
1
10
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:
三极管的三种工作状态的偏置特点为:
放大状态——发射结正偏、集电结反偏;饱和状态——发射结正偏、集电结正偏;截止状态——发射结反偏、集电结反偏。
正偏时三极管的发射结电压为:
硅管、锗管。
若违反以上特点,则考虑管子是否损坏。
综合分析后得:
(a)放大状态;(b)发射结断路;(c)放大状态;(d)发射结短路;(e)截止状态;
(f)饱和状态;(g)发射结断路;(h)放大状态。
1-32已知电路如题图1-32
所示,试判断下列两种情况下电路中三极管的状态:
(1)VCC=15V
R
b=390k
Ω
R
c=Ω
β=100
(2)VCC=18V
R
b=310k
Ω
R
c=Ω
β=100
解:
(1)
IBQ
VCC
VBEQ
15
0.7
36.7A
Rb
390
103
ICQ
IBQ
100
36.7
106
3.67mA
VCEQ
VCC
ICQRc
15
11.4
3.6V
因为VCEQ>1V,所以T处于放大状态
(2)
假设放大管处于饱和状态,令VCES≈0
则
VCC
VCES
3.83mA
ICS
Rc
ICS
38.3A
IBS
18
0.7
55.8A>IBS
IB
103
310
所以T处于饱和状态。
1-34某三极管的输出特性曲线如题图
1-34所示,从图中确定该管的主要参数:
I、
CE0
PCM、V(BR)CE0,β(在VCE=10V,IC=4mA附近)。
答案:
ICE0=;PCM=40mW;VCE0=25V;β=50
1-36若测得某半导体三极管在IB=20μA时,IC=2mA;IB=60μA时,IC=,试求此
管的β、ICE0及I
CB0各为多少?
解:
根据三极管电流分配关系
Ic=βIB+ICE0和已知条件,有
2000μA=20·β+ICE0
5400μA=60·β+ICE0
由此解得
β=85I
CE0=300μA
又ICE0=(1+β)ICB0,所以I
CB0≈μA
1-38
已知半导体三极管静态工作点电流
I
=2mA,β
CQ
=80,|VA|=100V,rbb
0,试画出器件的混合π型等效
电路,并求其参数
rbe、gm和rce值。
解:
混合π型等效电路如图所示。
由于
a
0.9876
EQ
CQ
,则I=I
/α=
1
因此rbe
(1
)VT
1040
,gm
rbe
77mS,rce
VA
50k
IEQ
ICQ
1-42N沟道JFET的输出特性如题图1-42所示。
漏源电压的VDS=15V,试确定其饱和漏电流IDSS和夹断电压VP。
并计算VGS=-2V时的跨导gm。
解:
由图可得:
饱和漏电流IDSS≈4mA,夹断电压VP≈-4V,VGS=-2V时,用作图法求
得跨导近似为:
gm
△iD
2.6
1.4
mS=
△GS
1
(2)
第2章
2-1什么叫放大器?
试述题图2-1放大电路中各元件的作用?
2-2根据放大电路的组成原则,判断题图2-2所示各电路能否正常放大。
题图2-2
解答:
图(a)电源电压为负值,晶体管没有合适的工作点,电路不能正常放大;图(b)电容Cb隔断了直流,晶体管处于截止状态,电路不能正常放大;图(c)电容Cb将输入信号短路,电路不能正常放大;
图(d)晶体管的集电极为交流地电位,所以
o
0,电路不能正常放大;
图(e)晶体管处于截止状态,电路不能正常放大;
图(f)电路有放大作用
2-3
画出题图
2-3
放大电路的直流通路和交流通路以及
B、iB、iE、
E的波形图(设
s
Vsmsin
t
Vsm<<VBE,放大器处于线性状态工作,
而且在工作频率下耦合电容
Cb
和Ce足够大,它们所呈现的阻抗很小,可视为短路)
。
题图2-3题图2-4
解:
题图2-3
2-4