第1章半导体器件的特性知识点归纳1.杂质半导体与PN结在本征半导体中掺入不同杂质就形成N型和P型半导体。半导体中有两种载流子，自由电子和空穴，载流子因浓度而产生的运动成为扩散运动，因电位差而产生的运动成为漂移运动。在同一种本征半导体基片上制作两种杂质半导体，在它们的交界面上，上述两种运动达到动态平衡，就形成了PN结。其基本特性是单向导电性。2.半导体二极管一个PN结引出电极后就构成了二极管，加上正向偏压时形成扩散电流，电流与电压呈指数关系，加反向电压时，产生漂移电流，其数值很小。体现出单向导电性。3晶体管晶体管具有电流放大作用，对发射极正向偏置集电极反向偏置时，从射区流到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流体现出〃对〃的控制，可将〃视为〃控制的电流源。晶体管有放大、饱和、截止三个工作区域。4.场效应管场效应管是电压控制器件，它通过栅-源电压的电场效应去控制漏极电流，因输入回路的PN结处于反向偏置或输入端处于绝缘状态因此输入电阻远大于晶体管。场效应管局又夹断区（即截止区）、横流区（即线性区）和可比阿安电阻区三个工作区域。学完本章后应掌握：1.熟悉下列定义、概念和原理：自由电子与空穴，扩散与漂移，复合，空间电荷区，PN结，耗尽层，导电沟道，二极管单向导电性，晶体管和场效应管的放大作用及三个工作区域。2.掌握二极管、稳压管、晶体管，场效应管的外特性，主要参数的物理意义。习题与思考题详解1-1试简述PN结的形成过程。空间电荷压，阻挡层，耗尽层和势垒压等名称是根据什么特性提出来的。答：PN结的形成过程：当两块半导体结合在一起时，P区的空穴浓度高于N区，于是空穴将越过交界面由P区向N区扩散；同理，N区的电子浓度高于P区，电子越过交界面由N区向P区扩散。多子由一区扩散到另一区时，形成另一区的少子并与该区的多子复合，因此，在交界面的一侧留下带负电荷的受主离子，另一侧留下带正电荷的施主离子。于是在交界面附近形成一个空间电压区，即PN结。空间电荷压：在PN结内无可移动的带电荷之缘故。势垒层：在PN结中，N区电位高于P区电位，两区存在接触电位差之缘故。耗尽层：在PN结中，只有不能移动的数量相等的正负离子，而载流子因扩散和复合而消耗掉了之故。阻挡层：由于PN结中存在接触电势压，阻挡了电子扩散之故。1-2(1)在室温下，当硅二极管的反向电流达到其反向饱和电流I叫的95%时，反向电压是多少(2)计算偏压为土时，相应的正向电流和反向电流的比值。(3)如果反向饱和电流为10nA,计算相应于电压为时的正向电流，并说明这一结果与实际不符的原因。解：(1)因为I
,=g(*-1)所以VD=VTln———=26mvX=mvIR(SAT)==皿）04一1==l.OxlO-9=3.1xlO-9A1-3在测量二极管的正向电阻时，天行体育平台用表的“RX10”档测出的阻值小而用“RX1OO”档测出大，原因何在答：因为万用表“RX10”档的内阻小,测量二极管的正向阻值小，而“RX100”档的内阻大，测量的二极管的正向阻值大。1-4怎样用万能表判断二极管的极性和好坏答：判断二极管的极性与好坏，选择万用表“RxlK”电阻档，此时黑表棒为正极，红表棒为电源负极。用黑红表棒接待测二极管两极，观察阻值大小，再反过来相接，观察阻值大小，若两次测量均大，说明二极管断路，若第一次测量阻值大，第二次测量阻值小，则测量值小的连接时，黑表棒接二极管的阳极，红表棒接二极管的阴极；并说明二极管是好的；若两次测量阻值均小，说明二极管被击穿。1-5限幅电路如图所示，设D为理想二极管，输入电压vi为正弦波，其振幅大于匕e，试绐出输出电压为的波形。解:(b)VR,试给出输出电压U。的波形。1-6双向限幅器如图所示，设2a为理想二极管，输入电压为正弦波，其振幅Vi=31-7双向限幅器如图所示，设DR为理想二极管，输入电压日由OTOOV作线性变化，给出相对于w的输出电压随时间变化的曲线VCD1b1-8求图所示各电路中的电流I和电压V（设电路中的二极管为理想二极管）〃D3z,+1V♦,UoIK-Lov(b)解：a对于A。？4管正向偏压，A的偏压最大先导通，随之。。2反偏截5V一IV止。所以i/o=lV・I=--------=4mA\Kb22。3均处于正向偏置状态，D1的偏置电压大先导通，则由于D1的导通反偏而截止。则U0=3l/,/=5〃MUi/v限流电阻R二500。RL-=3〃泊匕-0_10-6~R05-=SmA1-9稳压管稳压电路如图示，已知稳压管稳定电压V=6V最大稳定电流//nuu=25mA求：1.匕=15匕凡=2KQ时，电路工作是否正常■一2.匕=10匕自=800。时，电路工作情况如何3.匕=20匕凡开路，电路可能出现什么情况为什V--v15-6解：(1).I—1L=18〃NAR0.5则1F=1R-1RI=18-3=15mA匚f\Em.
/所做稳压管可能会热击穿。1-10将两个二极管如图连接起来，是否与晶体管一样具有电流放大作用，为什么答：不含。因为这样连接不会形成基区，不会产生复合现象，形成小电流对大电流的控制。所以不具备电流放大效应。1-11为什么晶体管发射区掺杂浓度大，而基区掺杂程度小且做得很薄解：（1）阴影线外为过耗区，内为安全区。1-15晶体管3DG8A的输出曲线nv\, \（＞ 印二15V （1）定义安全工作区 （2）定出放大区 （3）当Vs=6V 时,能否使Ic 工作在30mA, 为什么 （2 ） VcES〜-V （BR） CED 之间为放大 区,VCES 为饱 和压降。 （3）当V CE =6V时，不能使1c 工作在30mA 因为 Icv=20m/\ 放大器基础 知识点归纳 一、放大的概念 放大实质上是将微弱的信号通过有源器件（晶体管或场效应管）对能量进行控 制的 过程，是将直流电源提供的能量转化为负载所获得的虽信号变化的能量。放大 的前提是 信号不失真。 二、放大电路的组成原则 350^ 3DG8 4 8 12 4 16 20 15 VCE/V 1 .放大电路的核心元件是有源器件，即晶体管或场效应管。 S 2 .正确的直流电源电压数值、极性与其它电路参数应保证晶体管工作在放大区, 场 效应管工作在恒流区，即建立起合适的好态工作点。保证电路中的信号不失真。 三、放大器的主要性能指标： 1 .放大倍数A 2 .输入电阻尺 3 .输出电阻R。 4 .最大不失线 .下限截止频率上限截止频率/〃及同频带8 卬 6 .最大输出功率外,”和效率〃。 ■ 四、放大电路的分析方法 分析放大电路的方法有两种，即图解法和微变等效电路法。图解法用于确定静 态工 作点和分析打信号工作的动态情况，微变等效电路法只适用于分析、计算低频 小信号工 作时电路的动态指标。 分析电路应遵循„先静态，后动态”的原则，只有静态工作点合适，分析动态 才有意 义。五、晶体管和场效应管基本放大电路 1 .晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种组态。共射放大电路即有电流 放大 作用，又有电压放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适应于 一般放大。 共集放大电路之放大电流不放大电压，因输入电阻高而行作为多级放大 器的输入端因疏 忽电阻低而常作为多级放大器的输出级。又因电压放大倍数约等于 1 而用作信号的跟随。 共基电路之放大电压而不放大电流输入电阻小，高频特性好适 应于宽频带放大电路。 2 .场效应管放大电路的共源接法，共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法 相 对应，但比晶体管电路输入阻抗高，噪声系数低，典雅放大倍数小适应于低电压 放大电 路的输入级。 六、阻容耦合放大电路在中频段的放大倍数最大且为定值，当信号频率太高或 太低 时，放大倍数都要降低。 七、多级放大器的耦合方式有直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。直接耦合便 于集 成，既可放大交流又可放大直流信号，但必须解决好零点漂移问题。阻容耦合 能克服零 点漂移的问题，但低频响应差，不便于集成。变压器耦合有阻抗变换作用， 但低频响应 差，且体大笨重，只用于特殊场合。 八、多级放大器的放大倍数为各级放大器放大倍数的乘积，通频带窄于单级放 大器， 级数越多，频带越窄。 学完本章应达到下列要求： （b）直流通路 交流通路 2-3 电路及晶体管特性如图示 （1）作负载线，找出静态工作点Q 和放大器的动态范围。若要获得尽可能大的动 态范围，时应取多大数值 （2）电路其他参数不变，凡.由2kC 变为5.1AO. Q 点移到何处 —I—。 ， (3)电路其他参数不变，此由16Ao 变成32kQ, Q 点移到何处 (4)电路其他参数不变，匕由9V 减到6V, Q 点移到何处 解：(1)Q 点： 直流负载线〃 A 曲线与Q,. 动态范围：U PP = (V cc -U CEQ )*2 = 3.6*2 = 7.2(V). 由图分析可得最大动态范围Uppg、=%°一〃0=9—。・ 3 = 8.7(V),可得 Q 点0,(，)。则氏8=空二匕=言丝=13(KC) IBQM 60〃A v9 (2) /=—=1.764(〃泊).Q 点沿4=50 曲线左移得夕，. R c 5.1 (3) I,=匕%;I 生=察 =25(〃A) ,Q 点沿负载线 放大电路和晶体管特性如2-3 题图 (1)求静态工作附近的力〃和/%. (2)画出简化h 参数等效电路，计算 解：(1)力=〃=q=u^a：36. 儿 50〃A 1.4*10 4 (Q) (2) h 参数电路 总WzML 一旦—24 也冢%+褊 14 乂 16 4 = & + /% = 14 +16 = 30 伏。) 7? 0 = R c = 2(KC) 2-5 放大电路如图示，h fe = 60 ,求： (1)计算不带负载勺时，点，画出h 参数等 效电路，计算凡，凡. (2)计算带上负载此后静态。点，画出h 参数 等效 电路，计算工和&). 解： (1)尺/ 二8 , n - ? 、 加mV % = &B + Q+% )1— L SQ ■ 26 = 300 + (1 + 60)*— =300 + 587.4 = 887.4^=0,8871^0 60*5. 1 39 + 0.8 =-7.6 8 UCC-UBF • Uy 15V.、 =----- in_ = _LL = = 45(44) RBq330K I CQ = IBQ • h fe = 45*60 = 2.7(〃L4) U rFn =“一/•% =15-2.7*5.1 = 1.23M R(；R c =5,l(kQ) (2)R, =iom L R 一则 % = = 9.93(1/)：U0 K(. + K] 2
. 1 + 1U l &U3=15-W3 = o 99(〃M) Q R c 5.1 _ 】CQ 0.99〃7A 1Z _ z 4 . 〃。=弘= F1 = I6.7(〃A) 交流通 路：h 等效电 路 h fe
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