【正文】 第三部分 習(xí)題與解答 習(xí)題 1 客觀檢測題 一、填空題 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的 雜質(zhì)濃度 ，而少數(shù)載流子的濃度則與 溫度 有很大關(guān)系。 當 PN 結(jié)外加正向電壓時，擴散電流 大于 漂移電流，耗盡層 變窄 。當外加反向電壓時，擴散電流 小于 漂移電流，耗盡層 變寬 。 在 N 型半導(dǎo)體中， 電子 為多數(shù)載流子， 空穴 為少數(shù)載流子。 二．判斷題 由于 P 型半導(dǎo)體中含有大量空穴載流子， N型半導(dǎo)體中含有大量電子載流子，所以 P 型半導(dǎo)體帶正電， N 型半導(dǎo)體帶負電。（ ） 在 N 型半導(dǎo)體中，摻入高濃度三價元素雜質(zhì)，可以改為 P 型半導(dǎo)體。（ √ ） 擴散電流是由半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度引起的，即雜質(zhì)濃度大，擴散電流大；雜質(zhì)濃度小，擴散電流小。（ ） 本征激發(fā)過程中，當激發(fā)與復(fù)合處于動態(tài)平衡時，兩種作用相互抵消，激發(fā)與復(fù)合停止。（ ） PN結(jié)在無光照無外加電壓時，結(jié)電流為零。（ √ ） 溫度升高時， PN 結(jié)的反向飽和電流將減小。（ ） PN結(jié)加正向電壓時，空間電荷區(qū)將變寬。（ ） 三．簡答題 PN結(jié)的伏安特性有何特點？ 答：根據(jù)統(tǒng)計物理理論分析 ， PN 結(jié)的伏安特性可用式 )1e(II TVVsD ??? 表示。 式中， ID為流過 PN 結(jié)的電流； Is 為 PN 結(jié)的反向飽和電流，是一個與環(huán)境溫度和材料等有關(guān)的參數(shù)，單位與 I 的單位一致； V為外加電壓； VT=kT/q，為溫度的電壓當量（其單位與 V 的 單 位 一 致 ）， 其 中 玻 爾 茲 曼 常 數(shù) k . J / K??? 231 38 10 ， 電 子 電 量)(C106 0 2 1 7 7 3 19 庫倫??? ，則 )V( ? ，在常溫（ T=300K ） 下 ，VT==26mV。當外加正 向電壓，即 V為正值，且 V比 VT 大幾倍時， 1e TVV ?? ，于是 TVVs eII ?? ，這時正向電流將隨著正向電壓的增加按指數(shù)規(guī)律增大， PN 結(jié)為正向?qū)顟B(tài) .外加反向電壓，即 V為負值，且 |V|比 VT 大幾倍時， 1e TVV ?? ，于是 sII ?? ，這時 PN結(jié)只流過很小的反向飽和電流，且數(shù)值上基本不隨外加電壓而變， PN結(jié)呈反向截止狀態(tài)。 PN結(jié)的伏安特性也可用特性曲線表示，如圖 所示 .從式 ()伏安特性方程的分析和圖 特性曲線（實線部分）可見： PN 結(jié)真有單向?qū)щ娦院头蔷€性的伏安特性。 什么是 PN結(jié)的反向擊穿？ PN 結(jié)的反向擊穿有哪幾種類型？各有何特點？ 答： “PN”結(jié)的反向擊穿特性：當加在 “PN”結(jié)上的反向偏壓超過其設(shè)計的擊穿電壓后，PN結(jié)發(fā)生擊穿。 PN 結(jié)的擊穿主要有兩類，齊納擊穿和雪崩擊穿。齊納擊穿主要發(fā)生在兩側(cè)雜質(zhì)濃度都較高的 PN結(jié)，一般反向擊穿電壓小于 4Eg/q（ Eg—PN結(jié)量子阱禁帶能量，用電子伏特衡量，Eg/q 指 PN結(jié)量子阱外加電壓值，單位為伏 特）的 PN的擊穿模式就是齊納擊穿，擊穿機理就是強電場把共價鍵中的電子拉出來參與導(dǎo)電，使的少子濃度增加，反向電流上升。 雪崩擊穿主要發(fā)生在 “PN”結(jié)一側(cè)或兩側(cè)的雜質(zhì)濃度較低 “PN”結(jié)，一般反向擊穿電壓高于 6 Eg/q 的 “PN”結(jié)的擊穿模式為雪崩擊穿。擊穿機理就是強電場使載流子的運動速度加快，動能增大，撞擊中型原子時把外層電子撞擊出來，繼而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致少數(shù)載流子濃度升高，反向電流劇增。 PN結(jié)電容是怎樣形成的？和普通電容相比有什么區(qū)別？ 圖 PN 伏安特性 PN結(jié)電容由勢壘電容 Cb和擴散電容 Cd 組成。 勢壘電容 Cb 是由 空間電荷區(qū)引起的。空間電荷區(qū)內(nèi)有不能移動的正負離子，各具有一定的電量。當外加反向電壓變大時，空間電荷區(qū)變寬，存儲的電荷量增加；當外加反向電壓變小時，空間電荷區(qū)變窄，存儲的電荷量減小，這樣就形成了電容效應(yīng)。 “墊壘電容 ”大小隨外加電壓改變而變化，是一種非線性電容，而普通電容為線性電容。在實際應(yīng)用中，常用微變電容作為參數(shù)，變?nèi)荻O管就是勢壘電容隨外加電壓變化比較顯著的二極管。 擴散電容 Cd 是載流子在擴散過程中的積累而引起的。 PN 結(jié)加正向電壓時， N 區(qū)的電子向 P 區(qū)擴散，在 P 區(qū)形成一定的電子濃度 (Np)分布， PN 結(jié)邊 緣處濃度大，離結(jié)遠的地方濃度小，電子濃度按指數(shù)規(guī)律變化。當正向電壓增加時，載流子積累增加了 △ Q；反之，則減小，如圖 所示。同理，在 N 區(qū)內(nèi)空穴濃度隨外加電壓變化而變化 的關(guān)系與 P 區(qū)電子濃度的變化相同。因此，外加電壓增加 △ V 時所出現(xiàn)的正負電荷積累變化 △ Q，可用擴散電容 Cd 來模擬。 Cd也是一種非線性的分布電容。 綜上可知，勢壘電容和擴散電容是同時存在的。 PN 結(jié)正偏時，擴散電容遠大于勢壘電容； PN 結(jié)反偏時，擴散電容遠小于勢壘電容。勢壘電容和擴散電容的大小都與 PN 結(jié)面積成正比。與普通電容相比， PN 結(jié)電容是非 線性的分布電容，而普通電容為線性電容。 習(xí)題 2 客觀檢測題 一、填空題 半導(dǎo)體二極管當正偏時，勢壘區(qū) 變窄 ，擴散電流 大于 漂移電流。 在常溫下，硅二極管的門限電壓約 V，導(dǎo)通后在較大電流下的正向壓降約 V；鍺二極管的門限電壓約 V，導(dǎo)通后在較大電流下的正向壓降約 V。 在常溫下，發(fā)光二極管的正向?qū)妷杭s ~2V ， 高于 硅二極管的門限電壓；圖 P 區(qū)中電子濃度的分布曲線及電荷的積累 考慮發(fā)光二極管的發(fā)光亮度和壽命，其工作電流一般控制在 5~10 mA。 利用硅 PN結(jié)在某種摻雜條件下反向擊穿特性陡直的特點而制成的二極管，稱為 普通 （穩(wěn)壓） 二極管。請寫出這種管子四種主要參數(shù)，分別是 最大整流電流 、 反向擊穿電壓 、 反向電流 和 極間電容 。 二、判斷題 二極管加正向電壓時，其正向電流是由（ a ）。 a. 多數(shù)載流子擴散形成 b. 多數(shù)載流子漂移形成 c. 少數(shù)載流子漂移形成 d. 少數(shù)載流子擴散形成 PN結(jié)反向偏置電壓的數(shù)值增大，但小于擊穿電壓，（ c ）。 a. 其反向電流增大 b. 其反向電流減小 c. 其反向電流基本不變 d. 其正向電流增大 穩(wěn)壓二極管是利用 PN 結(jié)的（ d ）。 a. 單向?qū)щ娦? b. 反偏截止特性 c. 電容特性 d. 反向擊穿特性 二極管的反向飽和電流在 20℃ 時是 5μA，溫度每升高 10℃ ，其反向飽和電流增大一倍，當溫度為 40℃ 時，反向飽和電流值為（ c ）。 a. 10μA b. 15μA c. 20μA d. 40μA 變?nèi)荻O管在電路中使用時，其 PN 結(jié)是（ b ）。 a. 正向運用 b. 反向運用 三、問答題 溫度對二極管的正向特性影響小，對其反向特性影響大，這是為什么？ 答：正向偏置時，正向電流是多子擴散電流，溫度對多子濃度幾乎沒有影響，因此溫度對二極管的正向特性影響小。但是反向偏置時，反向電流是少子漂移電流，溫度升高少數(shù)載流子數(shù)量將明顯增加，反向電流急劇隨之增加，因此溫度對二極管 的反向特性影響大。 能否將 ？為什么？ 答：根據(jù)二極管電流的方程式 ? ?qV / KTSI I e??1 將 V= 代入方程式可得： ? ?//I e elg I lg lg e .??? ? ? ? ? ?? ? ? ?12 15 00 26 12 15 00 2620 10 1 20 10150020 12 14 3426 故 ? ?I . A??142 18 10 雖然二極管的內(nèi)部體電阻、引線電阻及電池內(nèi)阻都能起限流作用，但過大的電流定會燒壞二極管或是電池發(fā)熱失效，因此應(yīng)另外添加限流電阻。 有 A、 B 兩個二極管。它們的反向飽和電流分別為 5mA和 A. ?20 ，在外加相同的正向電壓時的電流分別為 20mA 和 8mA，你認為哪一個管的性能較好？ 答： B 好，因為 B 的單向?qū)щ娦院?；當反向偏置時，反向飽和電流很小，二極管相當于斷路，其反向偏置電阻無窮大。 利用硅二極管較陡峭的正向特性，能否實現(xiàn)穩(wěn)壓？若能，則二極管應(yīng)如何偏置？ 答：能實現(xiàn)穩(wěn)壓，二極管應(yīng)該正向偏置，硅二極管的正偏導(dǎo)通電壓為 ；因此硅二極管的正向特性，可以實現(xiàn)穩(wěn)壓，其穩(wěn)壓值為 。 什么是齊納擊穿？擊穿后是否意味著 PN 結(jié)損壞？ 答：齊納擊穿主要發(fā)生在兩側(cè)雜質(zhì)濃度都較高 的 PN結(jié)，其空間電荷區(qū)較窄，擊穿電壓較低（如 5V 以下），一般反向擊穿電壓小于 4Eg/q（ Eg—PN 結(jié)量子阱禁帶能量，用電子伏特衡量， Eg/q 指 PN結(jié)量子阱外加電壓值，單位為伏特）的 PN 的擊穿模式就是齊納擊穿，擊穿機理就是強電場把共價鍵中的電子拉出來參與導(dǎo)電，使的少子濃度增加，反向電流上升。 發(fā)生齊納擊穿需要的電場強度很大，只有在雜質(zhì)濃度特別大的 PN 結(jié)才能達到。擊穿后并不意味著 PN結(jié)損壞，當加在穩(wěn)壓管上的反向電壓降低以后，管子仍然可以恢復(fù)原來的狀態(tài)。但是反向電流和反向電壓的乘積超過 PN結(jié)容許的耗散功率時，就可 能由電擊穿變?yōu)闊釗舸斐捎谰眯缘钠茐?。電擊?PN 結(jié)未被損壞，但是熱擊穿 PN 結(jié)將永久損壞。 主觀檢測題 試用電流方程式計算室溫下正向電壓為 和反向電壓為 1V 時的二極管電流。（設(shè)AIS ?10? ） 解：由公式 ? ? ? ?D D Tq V / KT V / VD S SI I e I e? ? ? ?11 由于 AIS ?10? ， VT= 正向偏置 VD= ? ? ? ? ? ? ? ?DTV / V . / .DSI I e e e A . A?? ? ? ? ? ? ? ?0 2 6 0 0 2 6 1 01 1 0 1 1 0 1 2 2 0 2 6 4 0 2 2 當反向偏置 DVV??1 時 DSI I A?? ? ? ?10 寫出題圖 所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管均為理想二極管。 解： VO1≈2V（二極管正向?qū)ǎ?VO2＝ 0（二極管反向截止）， VO3≈－ 2V（二極管正向?qū)ǎ?VO4≈2V（二極管反向截止）， VO5≈2V（二極管正向?qū)ǎ?VO6≈－ 2V（二極管反向截止）。 重復(fù)題 ，設(shè)二極管均為恒壓降模型，且導(dǎo)通電壓 VD＝ 。 解： UO1≈（ 二極管正向?qū)ǎ?UO2＝ 0（二極管反向截止）， UO3≈－ （二極管正向?qū)ǎ?UO4≈2V（二極管反向截止）， UO5≈（二極管正向?qū)ǎ? UO6≈－ 2V（二極管反向截止）。 設(shè)題圖 中的二極管均為理想的（正向可視為短路，反向可視為開路），試判斷其中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出 A 、 Q 兩端電壓 AOU 。 解：題圖 所示的電路圖中 ，圖（ a）所示電路，二極管 D 導(dǎo)通， VAO=－ 6V， 圖（ b）所示電路，二極管 D1 導(dǎo)通， D2 截止， VAO=－ 0V， 圖（ c）所示電路，二極管 D1 導(dǎo)通， D2 截止， VAO=－ 0V。 在用萬用表的 ?????? kRRR 11 0 0,10 和三個歐姆檔測量某二極管的正向電阻時，共測得三個數(shù)據(jù)； ??? 68085,4 和k ，試判斷它們各是哪一檔測出的。 解：萬用表測量電阻時，對應(yīng)的測量電路和伏安特性如圖 所示，實際上是將流過電表的電流換算為電阻值，用指針的偏轉(zhuǎn)表示在表盤上。當流過 的電流大時，指示的電阻小。測量時，流過電表的電流由萬用表的內(nèi)阻和二極管的等效直流電阻值和聯(lián)合決定。 通常萬用表歐姆檔的電池電壓為 Ei = ， R ??10 檔時，表頭指針的滿量程為 100μA題圖 (a) (c) (b) 題圖 （測量電阻為 0，流經(jīng)電阻 Ri的電流為 10mA），萬用表的內(nèi)阻為 iR ??10 150 ； R ??100檔時，萬用表的內(nèi)阻為 iiRR ???100 101 0 1 5 0 0（測量電阻為 0，表頭滿量程時，流經(jīng) Ri的電流 為 1mA）； Rk??1 檔時（測量電阻為 0，表頭滿量程時，流經(jīng) Ri的電流為 ），萬用表的內(nèi)阻為 iiR R k???100 101 0 0 1 5； 由圖可得管子兩端的電壓 V和電流 I 之間有如下關(guān)系： R ??10 檔時，內(nèi)阻 iR ??10 150 ； iV . I R . I? ? ? ?1 1 10 11 5 1 5 150 R ??100 檔時，內(nèi)阻 iR ??100 1500 ； iV . I R . I? ? ? ?2 2 100 21 5 1 5 150 0 Rk??1 檔時，內(nèi)阻 iRk??100 15 ；