【正文】 第三部分 習(xí)題與解答習(xí)題1客觀檢測(cè)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(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流 大于 漂移電流，耗盡層 變窄 。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，擴(kuò)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(fù)電。（ ）在N型半導(dǎo)體中，摻入高濃度三價(jià)元素雜質(zhì)，可以改為P型半導(dǎo)體。（ √ ）擴(kuò)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(kuò)散電流大；雜質(zhì)濃度小，擴(kuò)散電流小。（ ）本征激發(fā)過程中，當(dāng)激發(fā)與復(fù)合處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，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(shí)，結(jié)電流為零。（ √ ）溫度升高時(shí)，PN結(jié)的反向飽和電流將減小。（ ）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)將變寬。（ ）三．簡(jiǎn)答題PN結(jié)的伏安特性有何特點(diǎn)？答：根據(jù)統(tǒng)計(jì)物理理論分析，PN結(jié)的伏安特性可用式表示。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(gè)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(dāng)量（其單位與V的單位一致），其中玻爾茲曼常數(shù)，電子電量，則，在常溫（T=300K）下，VT==26mV。當(dāng)外加正向電壓，即V為正值，且V比VT大幾倍時(shí)，于是，這時(shí)正向電流將隨著正向電壓的增加按指數(shù)規(guī)律增大，即V為負(fù)值，且|V|比VT大幾倍時(shí)，于是，這時(shí)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?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)的伏安特性也可用特性曲線表示，()（實(shí)線部分）可見：PN結(jié)真有單向?qū)щ娦院头蔷€性的伏安特性。 PN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(diǎn)？答：“PN”結(jié)的反向擊穿特性：當(dāng)加在“PN”結(jié)上的反向偏壓超過其設(shè)計(jì)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(jī)理就是強(qiáng)電場(chǎng)把共價(jià)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(jī)理就是強(qiáng)電場(chǎng)使載流子的運(yùn)動(dòng)速度加快，動(dòng)能增大，撞擊中型原子時(shí)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？PN結(jié)電容由勢(shì)壘電容Cb和擴(kuò)散電容Cd組成。 勢(shì)壘電容Cb是由空間電荷區(qū)引起的?？臻g電荷區(qū)內(nèi)有不能移動(dòng)的正負(fù)離子，各具有一定的電量。當(dāng)外加反向電壓變大時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，存儲(chǔ)的電荷量增加；當(dāng)外加反向電壓變小時(shí)，空間電荷區(qū)變窄，存儲(chǔ)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(shí)際應(yīng)用中，常用微變電容作為參數(shù)，變?nèi)荻O管就是勢(shì)壘電容隨外加電壓變化比較顯著的二極管。 P區(qū)中電子濃度的分布曲線及電荷的積累擴(kuò)散電容Cd是載流子在擴(kuò)散過程中的積累而引起的。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)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(yuǎn)的地方濃度小，電子濃度按指數(shù)規(guī)律變化。當(dāng)正向電壓增加時(shí)，載流子積累增加了△Q；反之，則減小。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(shí)所出現(xiàn)的正負(fù)電荷積累變化△Q，可用擴(kuò)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(shì)壘電容和擴(kuò)散電容是同時(shí)存在的。 PN結(jié)正偏時(shí)，擴(kuò)散電容遠(yuǎn)大于勢(shì)壘電容；PN結(jié)反偏時(shí)，擴(kuò)散電容遠(yuǎn)小于勢(shì)壘電容。勢(shì)壘電容和擴(kuò)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(cè)題一、填空題半導(dǎo)體二極管當(dāng)正偏時(shí)，勢(shì)壘區(qū) 變窄 ，擴(kuò)散電流 大于 漂移電流。 在常溫下，硅二極管的門限電壓約 V， 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；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(diǎn)而制成的二極管，稱為 普通（穩(wěn)壓）二極管。請(qǐng)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(shí)，其正向電流是由（ a ）。 a. 多數(shù)載流子擴(kuò)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(kuò)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(shí)是5μA，溫度每升高10℃，其反向飽和電流增大一倍，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，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(shí)，其PN結(jié)是（ b ）。 a. 正向運(yùn)用 b. 反向運(yùn)用三、問答題溫度對(duì)二極管的正向特性影響小，對(duì)其反向特性影響大，這是為什么？答：正向偏置時(shí)，正向電流是多子擴(kuò)散電流，溫度對(duì)多子濃度幾乎沒有影響，因此溫度對(duì)二極管的正向特性影響小。但是反向偏置時(shí)，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(duì)二極管的反向特性影響大。？為什么？答：根據(jù)二極管電流的方程式將V=：故雖然二極管的內(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(huì)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(gè)二極管。它們的反向飽和電流分別為5mA和，在外加相同的正向電壓時(shí)的電流分別為20mA和8mA，你認(rèn)為哪一個(gè)管的性能較好？答：B好，因?yàn)锽的單向?qū)щ娦院?；?dāng)反向偏置時(shí)，反向飽和電流很小，二極管相當(dāng)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓？若能，則二極管應(yīng)如何偏置？答：能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，二極管應(yīng)該正向偏置，；因此硅二極管的正向特性，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。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(jī)理就是強(qiáng)電場(chǎng)把共價(jià)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(chǎng)強(qiáng)度很大，只有在雜質(zhì)濃度特別大的PN結(jié)才能達(dá)到。擊穿后并不意味著PN結(jié)損壞，當(dāng)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(shí)，就可能由電擊穿變?yōu)闊釗舸?，而造成永久性的破壞。電擊穿PN結(jié)未被損壞，但是熱擊穿PN結(jié)將永久損壞。主觀檢測(cè)題 ，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琕O4≈2V（二極管反向截止），VO5≈2V（二極管正向?qū)ǎ琕O6≈－2V（二極管反向截止）。 ，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）。(a)(c)(b) （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、兩端電壓。解：，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。 在用萬用表的三個(gè)歐姆檔測(cè)量某二極管的正向電阻時(shí)，共測(cè)得三個(gè)數(shù)據(jù)；，試判斷它們各是哪一檔測(cè)出的。解：萬用表測(cè)量電阻時(shí)，實(shí)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(dāng)流過的電流大時(shí)，指示的電阻小。測(cè)量時(shí)，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 = ，檔時(shí)，表頭指針的滿量程為100μA（測(cè)量電阻為0，流經(jīng)電阻Ri的電流為10mA），萬用表的內(nèi)阻為；檔時(shí)，萬用表的內(nèi)阻為（測(cè)量電阻為0，表頭滿量程時(shí)，流經(jīng)Ri的電流為1mA）；檔時(shí)（測(cè)量電阻為0，表頭滿量程時(shí)，），萬用表的內(nèi)阻為；由圖可得管子兩端的電壓V和電流I之間有如下關(guān)系：檔時(shí)，內(nèi)阻； 檔時(shí)，內(nèi)阻；檔時(shí)，內(nèi)阻；從伏安特性圖上可以看出，用檔測(cè)量時(shí)，萬用表的直流負(fù)載線方程與二極管的特性曲線的交點(diǎn)為A，萬用表的讀數(shù)為V1/I1。用檔測(cè)量時(shí)，萬用表的直流負(fù)載線方程與二極管的特性曲線的交點(diǎn)為B，萬用表的讀數(shù)為V2/I2。用檔測(cè)量時(shí)，萬用表的直流負(fù)載線方程與二極管的特性曲線的交點(diǎn)為C，萬用表的讀數(shù)為V3/I3。由圖中可以得出 所以，為萬用表檔測(cè)出的；為萬用表檔測(cè)出的；為萬用表檔測(cè)出的。(a)理想模型(b)恒壓降模型π2ππ2ππ2π ，已知vi＝6sinωt(v)，試畫出vi與vo的波形，并標(biāo)出幅值。分別使用二極管理想模型和恒壓降模型（VD＝）。 解：由題意可知：vi＝6sinωt(v) 在vi的正半周，二極管導(dǎo)通，(a)、(b)所示。 ，已知vi＝6sinωt (V)，二極管導(dǎo)通電壓VD＝。試畫出vi與vO的波形，并標(biāo)出幅值。解：由題意vi＝6sinωt(V) ：當(dāng)時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，vo＝， 當(dāng)時(shí)，二極管D2導(dǎo)通，vo＝?， 當(dāng)時(shí)，二極管DD2截止，vo＝vi 。 現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為5V和8V。試問：（1）若將它們串聯(lián)相接，則可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？（2）若將它們并聯(lián)相接，則又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？ 解：（1）、。 （2）、5V和8V等三種穩(wěn)壓值。 已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值VZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA。 解：（1）當(dāng)VI＝10V時(shí)，若VO1＝VZ＝6V，則穩(wěn)壓管的電流為，大于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管擊穿。故 。 （2）當(dāng)VI＝10V時(shí)，若VO2＝VZ＝6V，則穩(wěn)壓管的電流為，小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊穿。故 。 （a）（b）所示，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ＝3V，R的取值合適，vi的波形如圖（c）所示。試分別畫出vO1和vO2的波形。解：。，對(duì)于圖（a）所示的電路，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ反向擊穿，vo＝vi ?3V，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ未擊穿，vo＝0V。對(duì)于圖b所示的電路，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ反向擊穿，vo＝VZ ，當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ未擊穿，vo＝vi 。 ＝6V，最小穩(wěn)定電流IZmin＝5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax＝25mA。（1）分別計(jì)算vi為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓vO的值；（2）若vi＝35V時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？解：（1）當(dāng)vi＝10V時(shí)，若vO＝VZ＝6V，則穩(wěn)壓管的電流為4mA，小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊穿。故 當(dāng)vi＝15V時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流大于最小穩(wěn)定電流IZmin，所以 vO＝VZ＝6V 同理，當(dāng)vi＝35V時(shí)，vO＝VZ＝6V。 （2）29mA＞IZM＝25mA，穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。 ，設(shè)所有穩(wěn)壓管均為硅管（正向?qū)妷簽閂D＝），且穩(wěn)定電壓VZ＝8V，已知vi＝15sinωt (V)，試畫出vO1和vO2的波形。(b)(a) 解：，對(duì)于圖（a），當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ反向擊穿，vo＝8V ； 當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ正向?qū)ǎ瑅o＝? ；當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ1 和DZ2未擊穿，vo＝vi 。 (a)(a)所示。對(duì)于圖（b），當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ1正向?qū)?、DZ2反向擊穿，vo＝8V； 當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ1反向擊穿、DZ2正向?qū)?，vo＝?8V； 當(dāng)時(shí)，穩(wěn)壓管DZ1 和DZ2未擊穿，vo＝vi 。(b)(b)所示。