模拟电子技术习题解答(课后同步)(48页).doc
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1、-模拟电子技术习题解答(课后同步)-第 48 页第三部分 习题与解答习题1客观检测题一、填空题1、在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要取决于掺入的 杂质浓度 ,而少数载流子的浓度则与 温度 有很大关系。2、当PN结外加正向电压时,扩散电流 大于 漂移电流,耗尽层 变窄 。当外加反向电压时,扩散电流 小于 漂移电流,耗尽层 变宽 。3、在N型半导体中,电子为多数载流子, 空穴 为少数载流子。二判断题 1、由于P型半导体中含有大量空穴载流子,N型半导体中含有大量电子载流子,所以P型半导体带正电,N型半导体带负电。( )2、在N型半导体中,掺入高浓度三价元素杂质,可以改为P型半导体。( )3、扩散电
2、流是由半导体的杂质浓度引起的,即杂质浓度大,扩散电流大;杂质浓度小,扩散电流小。( )4、本征激发过程中,当激发与复合处于动态平衡时,两种作用相互抵消,激发与复合停止。( )5、PN结在无光照无外加电压时,结电流为零。( )6、温度升高时,PN结的反向饱和电流将减小。( )7、PN结加正向电压时,空间电荷区将变宽。( )三简答题1、PN结的伏安特性有何特点?答:根据统计物理理论分析,PN结的伏安特性可用式表示。式中,ID为流过PN结的电流;Is为PN结的反向饱和电流,是一个与环境温度和材料等有关的参数,单位与I的单位一致;V为外加电压; VT=kT/q,为温度的电压当量(其单位与V的单位一致)
3、,其中玻尔兹曼常数,电子电量,则,在常温(T=300K)下,VT=25.875mV=26mV。当外加正向电压,即V为正值,且V比VT大几倍时,于是,这时正向电流将随着正向电压的增加按指数规律增大,PN结为正向导通状态.外加反向电压,即V为负值,且|V|比VT大几倍时,于是图1.1.1 PN伏安特性2、什么是PN结的反向击穿?PN结的反向击穿有哪几种类型?各有何特点?答:“PN”结的反向击穿特性:当加在“PN”结上的反向偏压超过其设计的击穿电压后,PN结发生击穿。PN结的击穿主要有两类,齐纳击穿和雪崩击穿。齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结,一般反向击穿电压小于4Eg/q(EgPN结量
4、子阱禁带能量,用电子伏特衡量,Eg/q指PN结量子阱外加电压值,单位为伏特)的PN的击穿模式就是齐纳击穿,击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电,使的少子浓度增加,反向电流上升。雪崩击穿主要发生在“PN”结一侧或两侧的杂质浓度较低“PN”结,一般反向击穿电压高于6 Eg/q的“PN”结的击穿模式为雪崩击穿。击穿机理就是强电场使载流子的运动速度加快,动能增大,撞击中型原子时把外层电子撞击出来,继而产生连锁反应,导致少数载流子浓度升高,反向电流剧增。3、PN结电容是怎样形成的?和普通电容相比有什么区别?PN结电容由势垒电容Cb和扩散电容Cd组成。 势垒电容Cb是由空间电荷区引起的。空间电
5、荷区内有不能移动的正负离子,各具有一定的电量。当外加反向电压变大时,空间电荷区变宽,存储的电荷量增加;当外加反向电压变小时,空间电荷区变窄,存储的电荷量减小,这样就形成了电容效应。“垫垒电容”大小随外加电压改变而变化,是一种非线性电容,而普通电容为线性电容。在实际应用中,常用微变电容作为参数,变容二极管就是势垒电容随外加电压变化比较显著的二极管。图1.3.3 P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累扩散电容Cd是载流子在扩散过程中的积累而引起的。PN结加正向电压时,N区的电子向P区扩散,在P区形成一定的电子浓度(Npd来模拟。Cd也是一种非线性的分布电容。综上可知,势垒电容和扩散电容是同时存在的。
6、 PN结正偏时,扩散电容远大于势垒电容;PN结反偏时,扩散电容远小于势垒电容。势垒电容和扩散电容的大小都与PN结面积成正比。与普通电容相比,PN结电容是非线性的分布电容,而普通电容为线性电容。习题2客观检测题一、填空题1、半导体二极管当正偏时,势垒区 变窄 ,扩散电流 大于 漂移电流。2、 在常温下,硅二极管的门限电压约 0.6 V,导通后在较大电流下的正向压降约0.7 V;锗二极管的门限电压约 0.1 V,导通后在较大电流下的正向压降约 0.2 V。3、在常温下,发光二极管的正向导通电压约 1.22V , 高于 硅二极管的门限电压;考虑发光二极管的发光亮度和寿命,其工作电流一般控制在 510
7、 mA。4、利用硅PN结在某种掺杂条件下反向击穿特性陡直的特点而制成的二极管,称为 普通(稳压)二极管。请写出这种管子四种主要参数,分别是 最大整流电流 、 反向击穿电压 、 反向电流 和 极间电容 。二、判断题1、二极管加正向电压时,其正向电流是由( a )。 a. 多数载流子扩散形成 b. 多数载流子漂移形成 c. 少数载流子漂移形成 d. 少数载流子扩散形成2、PN结反向偏置电压的数值增大,但小于击穿电压,( c )。 a. 其反向电流增大 b. 其反向电流减小 c. .其反向电流基本不变 d. 其正向电流增大3、稳压二极管是利用PN结的( d )。 a. 单向导电性 b. 反偏截止特性
8、 c. 电容特性 d. 反向击穿特性 4、二极管的反向饱和电流在20时是5A,温度每升高10,其反向饱和电流增大一倍,当温度为40时,反向饱和电流值为( c )。 a. 10A b. 15A c. 20A d. 40A5、变容二极管在电路中使用时,其PN结是( b )。 a. 正向运用 b. 反向运用三、问答题1、温度对二极管的正向特性影响小,对其反向特性影响大,这是为什么?答:正向偏置时,正向电流是多子扩散电流,温度对多子浓度几乎没有影响,因此温度对二极管的正向特性影响小。但是反向偏置时,反向电流是少子漂移电流,温度升高少数载流子数量将明显增加,反向电流急剧随之增加,因此温度对二极管的反向特
9、性影响大。2、能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端?为什么?答:根据二极管电流的方程式将V=1.5V代入方程式可得:故虽然二极管的内部体电阻、引线电阻及电池内阻都能起限流作用,但过大的电流定会烧坏二极管或是电池发热失效,因此应另外添加限流电阻。3、有A、B两个二极管。它们的反向饱和电流分别为5mA和,在外加相同的正向电压时的电流分别为20mA和8mA,你认为哪一个管的性能较好?答:B好,因为B的单向导电性好;当反向偏置时,反向饱和电流很小,二极管相当于断路,其反向偏置电阻无穷大。4、利用硅二极管较陡峭的正向特性,能否实现稳压?若能,则二极管应如何偏置?答:能实现稳压,二极管应该正向偏
10、置,硅二极管的正偏导通电压为0.7V;因此硅二极管的正向特性,可以实现稳压,其稳压值为0.7V。5、什么是齐纳击穿?击穿后是否意味着PN结损坏?答:齐纳击穿主要发生在两侧杂质浓度都较高的PN结,其空间电荷区较窄,击穿电压较低(如5V以下),一般反向击穿电压小于4Eg/q(EgPN结量子阱禁带能量,用电子伏特衡量,Eg/q指PN结量子阱外加电压值,单位为伏特)的PN的击穿模式就是齐纳击穿,击穿机理就是强电场把共价键中的电子拉出来参与导电,使的少子浓度增加,反向电流上升。发生齐纳击穿需要的电场强度很大,只有在杂质浓度特别大的PN结才能达到。击穿后并不意味着PN结损坏,当加在稳压管上的反向电压降低以
11、后,管子仍然可以恢复原来的状态。但是反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率时,就可能由电击穿变为热击穿,而造成永久性的破坏。电击穿PN结未被损坏,但是热击穿PN结将永久损坏。主观检测题解:由公式 由于, VT=0.026V正向偏置VD=0.26V时当反向偏置时 解:VO12V(二极管正向导通),VO20(二极管反向截止),VO32V(二极管正向导通),VO42V(二极管反向截止),VO52V(二极管正向导通),VO62V(二极管反向截止)。题图2.1.2D0.7V。解:UO11.3V(二极管正向导通),UO20(二极管反向截止),UO31.3V(二极管正向导通),UO42V(二极管反
12、向截止),UO51.3V(二极管正向导通),UO62V(二极管反向截止)。(a)(c)(b)题图2.1.4、两端电压。AO=6V,图(b)所示电路,二极管D1导通,D2截止,VAO=0V,图(c)所示电路,二极管D1导通,D2截止,VAO=0V。三个欧姆档测量某二极管的正向电阻时,共测得三个数据;,试判断它们各是哪一档测出的。图2.1.5通常万用表欧姆档的电池电压为Ei = 1.5V,档时,表头指针的满量程为100A(测量电阻为0,流经电阻Ri的电流为10mA),万用表的内阻为;档时,万用表的内阻为(测量电阻为0,表头满量程时,流经Ri的电流为1mA);档时(测量电阻为0,表头满量程时,流经R
13、i的电流为0.1mA),万用表的内阻为;由图可得管子两端的电压V和电流I之间有如下关系:档时,内阻; 档时,内阻;档时,内阻;从伏安特性图上可以看出,用档测量时,万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为A,万用表的读数为V1/I1。用档测量时,万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为B,万用表的读数为V2/I2。用档测量时,万用表的直流负载线方程与二极管的特性曲线的交点为C,万用表的读数为V3/I3。由图中可以得出 所以,为万用表档测出的;为万用表档测出的;为万用表档测出的。vi6sint(v),试画出vi与vo的波形,并标出幅值。分别(a)理想模型(b)恒压降模型图2.1.6
14、222使用二极管理想模型和恒压降模型(VD0.7V)。题图2.1.6 解:由题意可知:vi6sint(v) 在vi图2.1.7电路如题图所示,已知vi6sint (V),二极管导通电压VD0.7V。试画出vi与vO的波形,并标出幅值。题图2.1.7解:由题意vi当时,二极管D1导通,vo3.7V, 当时,二极管D2导通,vo3.7V, 当时,二极管D1、D2截止,vovi 。现有两只稳压管,它们的稳定电压分别为5V和8V,正向导通电压为0.7V。试问:(1)若将它们串联相接,则可得到几种稳压值?各为多少?(2)若将它们并联相接,则又可得到几种稳压值?各为多少? 解:(1)两只稳压管串联时可得1
15、.4V、5.7V、8.7V和13V等四种稳压值。 (2)两只稳压管并联时可得0.7V、5V和8V等三种稳压值。已知稳压管的稳压值VZ6V,稳定电流的最小值IZmin5mA。求题图所示电路中VO1和VO2各为多少伏。题图2.2.2 解:(1)当VI10V时,若VO1VZ6V,则稳压管的电流为大于其最小稳定电流,所以稳压管击穿。故 。 (2)当VI10V时,若VO2VZ6V,则稳压管的电流为小于其最小稳定电流,所以稳压管未击穿。故VZ3V,R的取值合适,vi的波形如图(c)所示。试分别画出vO1和vO2的波形。题图2.2.3解:时,稳压管DZ反向击穿,vovi 3V,当时,稳压管DZ未击穿,vo0
16、V。图2.2.3对于图b所示的电路,当时,稳压管DZ反向击穿,voVZ ,当时,稳压管DZ未击穿,vovi 。题图2.2.4Z6V,最小稳定电流IZmin5mA,最大稳定电流IZmax25mA。(1)分别计算vi为10V、15V、35V三种情况下输出电压vO的值;(2)若vi35V时负载开路,则会出现什么现象?为什么?解:(1)当vi10V时,若vOVZ6V,则稳压管的电流为4mA,小于其最小稳定电流,所以稳压管未击穿。故 当vi15V时,稳压管中的电流大于最小稳定电流IZmin,所以 vOVZ6V 同理,当vi35V时,vOVZ6V。 (2)29mAIZM25mA,稳压管将因功耗过大而损坏。
17、D0.7V),且稳定电压VZ8V,已知vi15sint (V),试画出vO1和vO2的波形。题图2.2.5(b)(a) 时,稳压管DZ反向击穿,vo8V ; 当时,稳压管DZ正向导通,vo0.7V ;当时,稳压管DZ1 和DZ2未击穿,vovi 。 对于图(b),当时,稳压管DZ1正向导通、DZ2反向击穿,vo8V; 当时,稳压管DZ1反向击穿、DZ2正向导通,vo8V; 当时,稳压管DZ1 和DZ2未击穿,vovi 。图2.2.5(b)(a)VD1.5V,正向电流在515mA时才能正常工作。试问:题图2.3.1(1)开关S在什么位置时发光二极管才能发光?(2)R的取值范围是多少? 解:(1)
18、当开关S闭合时发光二极管才能发光。(2)为了让二极管正常发光,ID515mA, R的范围为 可以计算得到R= 233700 习题3客观检测题一、填空题1. 三极管处在放大区时,其 集电结 电压小于零, 发射结 电压大于零。2. 三极管的发射区 杂质 浓度很高,而基区很薄。3. 在半导体中,温度变化时 少 数载流子的数量变化较大,而 多 数载流子的数量变化较小。4. 三极管实现放大作用的内部条件是: 发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度,同时基区厚度要很小 ;外部条件是: 发射结要正向偏置、集电结要反向偏置 。5. 处于放大状态的晶体管,集电极电流是 少数载流 子漂移运动形成的。 6. 工作在放大
19、区的某三极管,如果当IB从12A增大到22A时,IC从1mA变为2mA,那么它的约为 100 。7. 三极管的三个工作区域分别是 饱和区 、 放大区 和 截止区 。8. 双极型三极管是指它内部的 参与导电载流子 有两种。9. 三极管工作在放大区时,它的发射结保持 正向 偏置,集电结保持 反向 偏置。10. 某放大电路在负载开路时的输出电压为5V,接入12kW的负载电阻后,输出电压降为2.5V,这说明放大电路的输出电阻为 12 kW。11. 为了使高内阻信号源与低电阻负载能很好的配合,可以在信号源与低电阻负载间接入 共集电极 组态的放大电路。 (1)电源电压= 6V ;(2)静态集电极电流= 1
20、mA ;集电极电压= 3V ;(3)集电极电阻= 3k ;负载电阻= 3k ;(4)晶体管的电流放大系数= 50 ,进一步计算可得电压放大倍数= 50 ;(取200);(5)放大电路最大不失真输出正弦电压有效值约为 1.06V ;(6)要使放大电路不失真,基极正弦电流的振幅度应小于 20A 。题图3.0.113. 稳定静态工作点的常用方法有 射极偏置电路 和 集电极基极偏置电路 。14. 有两个放大倍数相同,输入电阻和输出电阻不同的放大电路A和B,对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。在负载开路的条件下,测得A放大器的输出电压小,这说明A的输入电阻 小 。 15. 三极管的交流等效输入电阻随
21、静态工作点 变化。16. 共集电极放大电路的输入电阻很 大 ,输出电阻很 小 。17. 放大电路必须加上合适的直流 偏置 才能正常工作。18. 共射极、共基极、共集电极 放大电路有功率放大作用;19. 共射极、共基极 放大电路有电压放大作用;20. 共射极、共集电极 放大电路有电流放大作用;21. 射极输出器的输入电阻较 大 ,输出电阻较 小 。22. 射极输出器的三个主要特点是 输出电压与输入电压近似相同 、 输入电阻大 、 输出电阻小 。23.“小信号等效电路”中的“小信号”是指 “小信号等效电路”适合于微小的变化信号的分析,不适合静态工作点和电流电压的总值的求解 ,不适合大信号的工作情况
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