什么是本征半导体(精)

发布者:admin 发布时间:2019-10-27 07:58 浏览次数:

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  《计算机电路》第六章参考答案 第1页 习题六 6-1 什么是本征半导体?什么是杂质半导体?各有什么特征? 答:所谓本征半导体就是指完全纯净的、结构完整的半导体。在本征半导体中掺入杂质 后的半导体称为杂质半导体。 本征的半导体中的自由电子数量和空穴的数量是相等的, 而杂 质半导体中根据掺杂的元素不同可分为 N 型半导体和 P 型半导体,在 N 型半导体中电子的 浓度远远大于空穴的浓度,而 P 型半导体恰恰相反。 6-2 掺杂半导体中多数载流子和少数载流子是如何产生的? 答:在本征半导体中,由于半导体最外层有四个电子,它与周边原子的外层电子组成共 价键结构,价电子不仅受到本身原子核的约束,而且受到相邻原子核的约束,不易摆脱形成 自由电子。但是,在掺杂的半导体中,杂质与周边的半导体的外层电子组成共价键,由于杂 质半导体的外层电子或多(5 价元素)或少(3 价元素) ,必然有除形成共价键外多余的电子 或不足的空穴,这些电子或空穴,或者由于受到原子核的约束较少容易摆脱,或者容易被其 它的电子填充, 就形成了容易导电的多数载流子。 而少数载流子是相对于多数载流子而言的 另一种载流子,它是由于温度、电场等因素的影响,获得更多的能量而摆脱约束形成的。 6-3 怎样用万用表判断二极管的极性与好坏? 答:用数字万用表可将表的选择开关转换到“ ” ,黑表笔插入 COM,红表笔插入 V/Ω (红笔的极性为“+” ) ,将表笔连接在二极管,其读数为二极管正向压降的近似值。 用模拟万用表测量二极管时, 万用表内的电池正极与黑色表笔相连; 负极与红表笔相连。 测试二极管时,将万用表拨至 R×1k 档,将两表笔连接在二极管两端,然后再调换方向, 若一个是高阻,一个是低阻,则证明二极管是好的。当确定了二极管是好的以后就非常容易 确定极性,在低阻时,与黑表笔连接的就是二极管正极。 6-4 什么是 PN 结的击穿现象,击穿有哪两种。击穿是否意味着 PN 结坏了?为什么? 答:当 PN 结加反向电压(P 极接电源负极,N 极接电源正极)超过一定的时候,反向 电流突然急剧增加,这种现象叫做 PN 结的反向击穿。击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种, 齐纳击穿是由于 PN 结中的掺杂浓度过高引起的,而雪崩击穿则是由于强电场引起的。PN 结的击穿并不意味着 PN 结坏了,只要能够控制流过 PN 结的电流在 PN 结的允许范围内, 不会使 PN 结过热而烧坏,则 PN 结的性能是可以恢复正常的,稳压二极管正式利用了二极 管的反向特性,才能保证输出电压的稳定。 6-5 理想二极管组成电路如题图 6-1 所示,试确定各电路的输出电压 uo。 -18V R 6K uo +6V -6V D3 0V (a) 图 6-1 习题 6-5 电路图 D1 D2 D3 (b) +18V R 6K uo -6V 0V -6V D1 D2 解:理想二极管的特性是:当二极管两端加正向电压,二极管导通,否则二极管截止。 分析含有二极管电路的方法是:假定二极管是开路,然后确定二极管两端的电位,若二极管 的阳极电位高于阴极电位,则二极管导通,否则截止。 对于图(a)假定 D1、D2、D3 截止,输出端的电位为-18V,而 D1、D2、D3 的阳极电位分 《计算机电路》第六章参考答案 第2页 别是-6V、0V、-6V,因此,理论上 D1、D2、D3 都能导通,假定 D1 导通,则输出点的电位 为-6V,由于该点电位也是 D2 的阴极电位,因此 D2 会导通,一旦 D2 导通,uO 点的电位就 为 0V,因此,D1、D3 的阴极电位为 0V,而阳极端为-6V,这样 D1、D3 必定截止,所以输 出电压 uo=0V(这就是脉冲数字电路中的或门,0V 为高电平,-6V 为低电平,只要输入端 有一个高电平,输出就为高电平) 。 对于图(b)依同样的道理可知:D1、D2、D3 的阳极电位都低于+18V,所以三个二极管均 截止,流过 R 的电流为 0,故输出电位 uo=18V 试分析图(b)中的三个二极管极性都反过来,输出电压 uo=? 6-6 二极管电路如题图 6-2 所示,判断图中的二极管是导通还是截止,并求出 AO 两端 的电压 UAO。 D1 D A 3k 6V 12V O (a) 题图 6-2 (b) 习题 6-6 电路图 15V 12V O (c) 3k 6V 12V O D2 A 3k D2 D1 A 解:对于土(a),在闭合回路中 12V 电源大于 6V 电源,故在二极管 D 的两端加了正向 电压,二极管导通,由于是理想二极管,二极管的管压降为 0,所以 UAO=-6V; 对于图(b),假定 D1、D2 截止,A 点电位是-12V,D1 的阳极电位是 0V,D2 的阳极电位 是-15V,所以 D1 两端加正向电压导通,D2 加反向电压截止,因此,UAO=0V 对于图(c),同样假定 D1、D2 截止,A 点电位是 12V,D1 的阴极电位是-6V,D2 的阴极 电位是 0V,两个二极管都具备导通条件,但一旦 D1 导通,A 点的电位就为-6V,D2 两端加 反向电压,故 D2 必截止,所以输出 UAO=-6V(也可以假定 D2 导通,则 A 点电位为 0V,而 D1 仍是正向偏置,所以 D1 必然导通,一旦 D1 导通,UAO=-6V) 。 6-7 二极管电路如题图 6-3 所示。输入波形 ui=Uimsinω t,UimUR,二极管的导通电压 降可忽略,试画出输出电压 uo1~uo4 的波形图。 R + ui D UR (a) + + D UR (b) 题图 6-3 R + uo2 + ui R UR (c) 习题 6-7 电路图 D + uo3 + ui R UR (d) D + uo4 - uo1 ui - 解:由于 ui=Uimsinω t,且 UimUR,则有: 图(a)当 uiUR 时,二极管截止,输出为 ui,当 uiUR 时,二极管 D 导通,输出为 UR; 图(b)当 uiUR 时,二极管导通,输出为 URi,当 uiUR 时,二极管 D 截止,输出为 ui; 图(c)当 uiUR 时,二极管导通,输出为 ui,当 uiUR 时,二极管 D 截止,输出为 UR; 图(d)当 uiUR 时,二极管截止,输出为 UR,当 uiUR 时,二极管 D 导通,输出为 ui。 其波形如下图所示。 其中下图(a)是上图(a)、(c)的波形图; 图(b)是上图(b)、(d)的波形图。 《计算机电路》第六章参考答案 第3页 uo1,uo3 uo2,uo4 UR 0 (a) t UR 0 (b) t 6-8 利用稳压二极管组成的简单稳压电路如题图 6-4 所示。 R 为限流电阻,试定性说明 RL 变动或 UI 变动时,UO 基本恒定的理由。 答:由于稳压管工作在反向击穿状态,由反向击穿特性知,当 DZ 两端电压有微小变化, 必然引起 DZ 中电流很大变化。 例如:当 RL 变小时→UO 减小→DZ 两端电压减小→流过 DZ 的电流减小→流过 R 的电流 减小→在 R 上的压降减小→UO 上升。RL 变大可以做同样的分析。 当 UI 变大时→流过 DZ 中的电流急剧增加→流过电阻 R 中的电流急剧增加→在 R 上的 压降急剧增加→UO 维持不变。 T R + UI DZ RL UO ~220V + + D4 u2 c D3 d D2 RL D1 b io + uo a 题图 6-4 习题 6-8 电路图 题图 6-5 习题 6-9 电路图 6-9 单相桥式整流电路如题图 6-5 所示。试说明 u2 当某只二极管断路时的工作情况,并画出负载电压波 形。 解:假设 D4 断路,当 u2 的正半周时,D1、D3 导 0 T/2 T 3T/2 2T t 通,负载上有电流流过;当 u2 的负半周时,由于 D4 uo,io 断路,在负载中无电流流过,这一桥式电路在一个二 uo 极管断路的情况下实际上是一个半波整流电路。其波 形图如图所示。 ip 6-10 为了使三极管能有效地起放大作用,对三 0 T/2 T 3T/2 2T t 波形图 极管的发射区掺杂浓度有什么要求、基区宽度有什么 要求、集电结面积比发射结面积大小有何要求。其理 由是什么?如果将三极管的集电极和发射极对调使用(即三极管反接) ,能否起放大作用。 答:为了使三极管能有效地起放大作用,要求三极管的发射区掺杂浓度 高 ;基区宽 度 薄 ;集电结结面积比发射结面积 大 。 其理由是,由于发射极的掺杂浓度高,所以可以利用浓度差使多数载流子向基区扩散, 只有基区宽度薄才能保证扩散到基区的多数载流子向集电极附近扩散, 又因为集电区面积比 较大,所以在集电结反向偏置下,就可以尽可能多的收集扩散到集电结附近的多数载流子。 如果集电极和发射极对调,是不能起到放大作用的。因为集电极的掺杂浓度低,由于浓 《计算机电路》第六章参考答案 第4页 度差扩散到基区的载流子较少, 且由于发射区的面积不够大, 也不能将接近发射极的载流子 大量的收集到发射极。 6-11 工作在放大区的某个三极管,当 IB 从 20μ A 增大到 40μ A 时,IC 从 1mA 变成 2mA。它的β 值约为多少? 解:根据动态放大倍数的定义得: ? ? ?I c 2000 ? 1000 1000 ? ? ? 50 ?I b 40 ? 20 20 6-12 工作在放大状态的三极管, 流过发射结的电流主要是什么?流过集电结的电流主 要是什么? 答:工作在放大状态的三极管,流过发射结的电流主要是 扩散电流 ,流过集电结的 电流主要是 漂移电流 。 6-13 某三极管,其α =0.98,当发射极电流为 2mA 时,基极电流是多少?该管的β 多 大?另一只三极管, 其β =100。 当发射极电流为 5mA 时, 基极电流是多少?该管的α 多大? 解:根据α 定义 ? ? ?I C I ?? ? C , ?I E IE 所以 I C ? ?I E ? 0.98 ? 2mA ? 1.96mA I B ? I E ? I c ? 2 ? 1.96 ? 0.04mA ? 40?A ?? I C 1.96 ? ? 49 I B 0.04 IC I 5 ? 100 ,所以 I B ? C ? ? 0.05mA ? 50?A IB ? 100 由于 ? ? ?? IC IC 5 ? ? ? 0.99 I E I C ? I E 5 ? 0.05 6-14 放大电路中,测得几个三极管的三个电极电位 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。 (1)U1=3.3V,U2=2.6V,U3=15V (2)U1=3.2V,U2=3V,U3=15V (3)U1=6.5V,U2=14.3V,U3=15V (4)U1=8V,U2=14.8V,U3=15V 答:先确定是硅管还是锗管。由于硅管的结电压降一般为 0.6~0.8V,锗管的结电压降约 为 0.1~0.3V ,所以 (1) (3.3-2.6=0.7V) 、 (3) (15-14.3=0.7V) 为硅管, (2) (3.2-3=0.2V) 、 (4) (15-14.8=0.2V)为锗管。 然后确定是 NPN 还是 PNP 管。对于 NPN 管,基极电位高于发射极电位(发射极正向 偏置) ,而集电极的电位高于基极(集电极反向偏置) 。对于 PNP 管,发射极电位高于基极 电位(发射结正向偏置) ,基极电位高于集电极电位(集电结反向偏置) ,所以(1) 、 (2)是 NPN 管; (3) 、 (4)是 PNP 管 因此: (1)是 NPN 硅三极管;3.3V—b 极,2.6V—e 极,15V—c 极 (2)是 NPN 锗三极管;3.2V—b 极,3V—e 极,15—c 极 (3)是 PNP 硅三极管;6.5V—c 极,14.3V—b 极,15V—e 极 (4)是 PNP 锗三极管;8V—c 极,14.8V—b 极,15V—e 极 《计算机电路》第六章参考答案 第5页 6-15 电路如题图 6-2 所示,已知三极管为硅管,UBE=0.7V,β =50,ICBO 忽略不计, 若希望 IC=2mA,试求(a)图的 Re 和(b)图的 Rb 值,并将两者比较。 解:对于图 (a),在输入回路中(图中左边回路) , Re 两端的电压降为 6-0.7V ,所以 IE ? 6 ? 0.7 5.3 ? Re Re 5 .3 ? (1 ? ? ) I B IB ? IE 1? ? ? I C ? ?I B , 5. 3 2 51 ? 50 5.3 ? 50 ? 2.598K? 51 ? 2 故 Re ? 5 .3 (1 ? ? ) IC ? ? 对于图(b), I B ? Re 6 ? 0.7 Rb IB ? IC ? ,所以 Rb ? 5.3 ? ? 5.3 ? 50 ? ? 132.5k? IC 2 Rb + 6V + 10V - + - 6V + 10V - (a) 题图 6-6 习题 6-15 电路图 (b) 《电路与电子技术基础》第八章参考答案 第1页


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