项目一思考与练习解答
1.1 思考与练习
1. 半导体具有哪些独特性能?在导电机理上,半导体与金属导体有何区别?
答:半导体的独特性能是:光敏性、热敏性和掺杂性。在导电机理上,金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电,而半导体中有多子和少子两种载流子同时参与导电,这是它们导电机理上的本质区别。
2. 何谓本征半导体?什么是“本征激发”?什么是“复合”?
答:天然的半导体材料经过特殊的高度提纯工艺,成为晶格完全对称、具有共价键结构的纯净半导体时,即为本征半导体。由于光照、辐射、温度的影响在本征半导体中产生
自由电子载流子的现象称为本征激发
....;本征激发的主要导电方式是完全脱离了共价键的自由电子载流子逆着电场方向而形成的定向迁移——电流。本征激发的同时,共价键中的一
些价电子“跳进”相邻原子中空穴的现象称为复合
..,复合的结果产生了空穴载流子,空穴载流子带正电,其导电方式是空穴载流子顺着电场方向形成的定向迁移——电流。
3. N型半导体和P型半导体有何不同?各有何特点?它们是半导体器件吗?
答:本征半导体中掺入五价杂质元素后可得到N型半导体,N型半导体中多子是自由电子,少子是空穴,定域的离子带正电;本征半导体中掺入三价杂质元素后可得到P型半导体,P型半导体中多子是空穴,少子是自由电子,定域的离子带负电。这两种类型的半导体是构成半导体器件的基本元素,但不能称之为半导体器件。
4. 何谓PN结?PN结具有什么特性?
答:用半导体工艺在同一块晶体的两端注入不同的杂质元素后,在晶片两端分别形成P区和N区,在P区和N区的交界处因为浓度上的差别必定出现扩散,扩散的结果在两区交界处形成一个干净的离子区,这个离子区就是PN结。PN结具有单向导电性:正向偏置时导通,反向偏置时截止。
5. 电击穿和热击穿有何不同?试述雪崩击穿和齐纳击穿的特点。
答:电击穿包括雪崩击穿和齐纳击穿,前者是一种碰撞的击穿,后者属于场效应的击穿,这两种电击穿过程可逆,不会造成PN结的永久损坏。但是,上述两种击穿如果不加任
何限制而持续增强时,由于PN 结上的热量积累就会发生质变而造成热击穿,热击穿过程不可逆,可造成PN 结的永久损坏。
1.2 思考与练习
1. 二极管的伏安特性曲线上共分几个工作区?试述各工作区的电压、电流、关系。 答:二极管的伏安特性曲线上分有死区、正向导通区、反向截止区和反向击穿区四个工作区。死区:输入的是正向电压,但由于其数值很小还不能克服PN 结内电场对扩散电流的阻挡作用,因此电流基本为零;正向导通区:二极管的导通电流随输入电压增加很快,导通后二极管的管压降基本维持在硅管典型值0.7V ;锗管的导通压降典型值0.3V ,显然都小于电源电压,因此正向导通区工作的二极管需要串入分压限流电阻;反向截止区:当二极管工作环境的温度不变时,反向电流基本不随反向电压的变化而变化且近似为零,称为反向饱和电流;反向击穿区:当外加电压达到反向击穿电压时,反向电流骤然增大,造成雪崩击穿或齐纳击穿现象,如不加限流设置,极易造成“热击穿”而使二极管永久损坏。
2. 普通二极管进入反向击穿区后是否一定会被烧损?为什么?
答:普通二极管工作在反向击穿区时,反向电流很大,如不加设限流设置,极易造成“热击穿”而造成永久损坏。如果二极管进入反向击穿区后保持在电击穿状态,由于电击穿过程可逆,所以不会造成永久损坏。
3. 反向截止区的电流具有什么特点?为何称为反向饱和电流?
答:反向截止区内通过二极管的反向电流是半导体内部少数载流子的漂移运动形成的,只要二极管的工作环境温度不变,少数载流子的数量就会保持恒定,因此反向截止区的电流又被称为反向饱和电流。反向饱和电流的数值很小,工程实际中通常近似视为零值。
4. 试判断图1.26所示电路中二极管各处于什么工作状态?设各
二极管的导通电压均为0.7V ,求输出电压U AO 。
答:图示电路设O 点电位为零,先假设电阻R 中无电流通过,则
A 点电位为-8V ,
B 点电位为-15V ,二极管VD 2反偏截止;VD 1正向导通,
VD 1一旦导通,A 点电位即被钳位在V A =-0.7V ,得U AO =-0.7V 。
5. 把一个1.5V 的干电池直接正向连接到二极管的两端,有可能会出现什么问题? 图1.26  VD 1 VD 2
答:测量二极管类型及好坏时,通常采用1.5V 干电池串一个约1k  的电阻,并使二极管按正向接法与
电阻相连接,使二极管正向导通。然后用万用表的直流电压档测量二极管两端的管压降U D ,如果测到的V D 为0.6~0.7V 则为硅管,如果测到的V D 为0.1~0.3V 就是锗管。测量时如果直接把1.5V 的干电池正向连接到二极管的两端,因为没有限流电阻,有可能使二极管因过流而造成损坏。
6. 理想二极管电路如图1.27所示。已知输入电压u i =10sinωt V ,试画出输出电压
u o 的波形。
答:分析二极管电路时,通常先假设输入电压低极性一端为“地”电位,并且设电阻中无电流。(a )图:二极管为理想二极管,当输入正弦波电压u i <-5V 时,二极管VD 正偏导通相当于短路,输出电压u o =u i ;当输入正弦波电压u i >-5V 时,二极管VD 反偏截止相当于开路,输出电压u o =-5V ,波形如下图所示:
(b )图:二极管为理想二极管,当输入正弦波电压u i >+5V 时,二极管VD 正偏导通相当于短路,输出电压u o =u i ;当输入正弦波电压u i <+5V 时,二极管VD 反偏截止相当于开路,输出电压u o =+5V ,波形如下图所示:
u o /u i
ωt
10V
—5V  u o /u i  ωt
汽车漂移教程0 10V  5V  VD  VD
图1.27
1.3思考与练习
1. 双极型三极管的发射极和集电极是否可以互换使用?为什么?
答:双极型三极管的发射区和集电区虽然杂质类型相同,但是两个区的杂质浓度上存在较大差异,占有体积也不同,因此不能互换使用。如果互换使用,将严重影响管子的电流放大能力,甚至使管子失去电流放大能力。
2. 三极管在输出特性曲线的饱和区工作时,其电流放大系数是否也等于β?
答:三极管工作在饱和区时,造成的饱和失真使电流放大能力下降,电流放大系数β值随之减小为β',β'小于β。
3. 使用三极管时,只要①集电极电流超过I CM值,三极管就必然损坏;②耗散功率超过P CM值,三极管就必然损坏;③集—射极电压超过U(BR)CEO值,三极管就必然损坏。上述说法哪个正确?
答:上述说法只有②正确。超过最大耗散功率P CM值时,三极管将由于过热而烧损。
4. 用万用表测量某些三极管的管压降得到下列几组数据,说明每个管子是NPN型还是PNP型?是硅管还是锗管?它们各工作在什么区域?
①U BE=0.7V,U CE=0.3V;
②U BE=0.7V,U CE=4V;
③U BE=0V,U CE=4V;
④U BE=-0.2V,U CE=-0.3V;
⑤U BE=0V,U CE=-4V。
答:分析时,均设V E=0,则U BE=V B,U CE=V C。①U BE=0.7V,说明V B=0.7V,U CE=0.3V,说明V C=0.3V,发射极电位最低,为NPN硅管,比较三个电极电位值可得,发射结P高N 低正向偏置;集电结P高N低也正向偏置,判断该管子工作在饱和区。
同理可判断出②NPN硅管,工作在放大区;③NPN硅管,工作在截止区;④PNP锗管,工作在放大区;⑤PNP锗管,工作在截止区。
5.为什么使用复合管?复合管和普通三极管相比,有何特点?
答:使用复合管是为了增大三极管的输出电流,增强放大器的驱动能力。复合管和普通相比,显著特点就是复合管的电流放大倍数等于复合的两管放大倍数的乘积。
1.4 思考与练习
1. 双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同?为什么称双极型三极管为电流控制型器件?MOS管为电压控制型器件?
答:导电机理上:双极型三极管中多子和少子两种载流子同时参与导电;单极型三极管只有多子参与导电。
由于双极型三极管的输出大电流I C受基极小电流I B的控制,因此称其为电流控制型器件;MOS管的输出大电流I D受栅源间小电压U GS的控制,因之称为电压控制型器件。
2. 当U GS为何值时,增强型N沟道MOS管导通?当U GD等于何值时,漏极电流表现出恒流特性?
答:当U GS=U T时,增强型N沟道MOS管形成导电沟道而导通,随着U GS的增加,沟道加宽,I D增大。当U GD=U GS-U DS<U T出现预夹断时,U DS增大的部分几乎全部用于克服夹断区对
I D的阻力,从外部看,I D几乎不随U DS的增大而变化表现出恒流特性,管子进入恒流区。
3. 双极型三极管和MOS管的输入电阻有何不同?
答:双极型三极管的输入电阻r be一般在几百欧~千欧左右,数值较小;而MOS管栅极与二氧化硅绝缘层相连,呈现极高的输入电阻,通常认为R G趋近无穷大。
4. MOS管在不使用时,应注意避免什么问题?否则会出现何种事故?
答:由于二氧化硅层的原因,使MOS管具有很高的输入电阻。当受外界电压或磁场影响时,栅极易产生相当高的感应电压,造成管子击穿,所以MOS管在不使用时应避免栅极悬空,务必将各电极短接。
5. 为什么说场效应管的热稳定性比双极型三极管的热稳定性好?
答:双极型三极管同时有两种载流子参与导电,其中少数载流子受温度影响变化较大,因此热稳定性较差;场效应管只有多子一种载流子参与导电,而温度对多子基本无影响,因此其热稳定性较好。