第4章半導(dǎo)體二極管

1、第4章半導(dǎo)體二極管、三極管和場效應(yīng)管習(xí)題解答4-1在用萬用表的電阻檔測量二級管的正向電阻時，發(fā)現(xiàn)用×10檔測出的阻值小，用×100檔測出的阻值大，這是為什么？解：設(shè)萬用表歐姆檔的電池電壓是E=1.5V，歐姆檔×10檔的中值電阻R1=150，×100檔的中值電阻R2=1500，用萬用表測二極管正向電阻的電路如圖4-1所示，在負載線上分別作出直流負載線分別交于A、B兩點，如圖4-2所示。×10檔電阻為U1/I1，×100檔電阻為U2/I2，U=E-I1R1，U=E-I2R2。因U1，U2相差較小，而I1與I2相差較大，所以U1/I1<

2、;U2/I2。ER1或R2DIU圖4-1 萬用表測二極管正向電阻電路IUE/R1E/R2ABE圖4-2 二極管正向電阻伏安曲線4-2圖4-3所示是某二極管在溫度分別為T1和T2（T1<T2）時的伏安特性曲線。試判斷該二極管是硅管還是鍺管，哪條曲線對應(yīng)于溫度T1，那條曲線對應(yīng)于溫度2。圖4-3 伏安特性曲線解：從正向特性看，該二極管的正向壓降約為0.2V左右。故此二極管為鍺管。由于二極管的伏安特性在溫度升高時正向特性曲線左移。本題中從正向特性看，兩曲線中實線位于虛線的左邊，因此實線所對應(yīng)的溫度應(yīng)高于虛線所對應(yīng)的溫度。實線對應(yīng)于高溫度T2，虛線對應(yīng)于低溫度T1，該二極管為鍺管。圖4-4 二極

3、管電路4-3選擇能夠適應(yīng)于圖4-4所示電路中工作的二極管，設(shè)。解：選擇電路中使用的二極管時，應(yīng)從兩個方面考慮，一是從平均電流角度，另一個是從承受的最大反向電壓考慮。因此有從電流角度：從承受的最大反向電壓角度：4-4判斷圖4-5中各電路里的二級管是導(dǎo)通還是截止，并計算電壓Uab。設(shè)圖中的二級管都是理想的。圖4-5 二極管電路解：判斷二極管是否導(dǎo)通的常用方法：假設(shè)二極管斷開，分別計算該二極管陽極和陰極的電壓，比較其大小，若陽極電位高于陰極電位，二極管導(dǎo)通，否則截止。若有2個或多個二極管的陰極接在一起，則二極管陽極電位高的二極管先導(dǎo)通。若有多個二極管的陽極接在一起，則陰極電位低的二極管先導(dǎo)通。(a)

4、 D導(dǎo)通，Uab=-12V(b) D1導(dǎo)通，D2截止，Uab=0V(c) D2導(dǎo)通，D1截止，Uab=-5V4-5圖4-6中各電路里的穩(wěn)壓管Dz1和Dz2的穩(wěn)定電壓值分別是7V和13V，穩(wěn)定電流是5mA。求各個電路的輸出電壓。圖4-6 穩(wěn)壓管電路解：穩(wěn)壓管并聯(lián)后，穩(wěn)壓值將由最低的穩(wěn)壓值決定（穩(wěn)壓管并聯(lián)后，通常只有一個穩(wěn)壓管起作用，除非特殊情況，穩(wěn)壓管不并聯(lián)使用）。假設(shè)穩(wěn)壓管接正向電壓時的電壓是0.7V。(a) 穩(wěn)壓管同時穩(wěn)壓，UO=7V+13V=20V (b) 穩(wěn)壓管同時加正向電壓，UO=0.7V+0.7V=1.4V(c) DZ1=0.7V，DZ2=13V，UO=0.7V+13V=13.7V

5、(d) DZ1=7V，DZ2=0.7V，UO=7V+0.7V=7.7V(e) DZ1和DZ2同時截止，UO=3V (f) 穩(wěn)壓管并聯(lián)，UO=7V4-6在圖4-7的電路中，,RL=1k,二級管為理想二級管。求：（1）RL兩端的電壓平均值。（2）流過RL兩端的電流平均值。（3）選擇適當(dāng)型號的二級管。圖4-7 二級管整流電路解：（1）UO=0.9U=90(V) （2）（3）選擇適當(dāng)型號的二極管主要根據(jù)以下兩個條件：二極管參數(shù)中的IF應(yīng)滿足IF>ID(二極管實際的平均工作電流)；參數(shù)中的UR應(yīng)滿足UR>UDR(二極管實際工作時的最大反向電壓)。本題中所以選2CP22。4-7圖4-8是能輸出

6、兩種整流電壓的橋式整流電路。試分析電路的工作原理，并計算當(dāng)U21=U22=20V（有效值）時，UO1和UO2各為多少？圖4-8 橋式整流電路解：若u21和u22上+下-，D1、D3分別導(dǎo)通；否則若u21和u22上-下+，D2、D4分別導(dǎo)通。UO1=0.9U21=18V，UO2=-0.9U22=-18V。-10V5Vtuo4-8電路如圖4-9所示，設(shè)輸入電壓ui是幅值為10V的正弦波，試畫出uo的波形。（設(shè)二極管D1，D2為理想二級管）。圖4-9 二極管電路圖4-10 uo的波形圖解：若D1導(dǎo)通，應(yīng)有ui5V，當(dāng)-10V<ui<5V時，D1、D2截止，uo=ui。若ui-10V時，

7、D2導(dǎo)通，uo=-10V。波形如圖4-10所示。4-9在圖4-11中，ui =15sint(V),R1k，Dz1和Dz2為特性相同的硅穩(wěn)壓管，Uz1=Uz2=5V，rz<< R，試畫出uO的波形。-15V5.7Vtuo15V圖4-12 uo的波形圖圖4-11 穩(wěn)壓管電路解：ui>5.7V時，DZ1導(dǎo)通，DZ2穩(wěn)壓；ui<-5.7V時，DZ1穩(wěn)壓，DZ2導(dǎo)通； -5.7V<ui<5.7V時，D1、D2由一個截止。4-10一個無標記的二極管，分別用a、b表示其兩個管腳，利用萬用表測量a、b間的電阻，當(dāng)紅表筆接a時，黑表筆接b時，測得電阻值為700。當(dāng)紅表筆接b時

8、，黑表筆接a時，測得電阻值為100k。問哪一端是二級管正極？解：用萬用表測二極管，若測得電阻較小，黑表筆所接為二極管陽極，紅筆為陰極；若測得電阻較大，黑表筆所接為二極管陰極，紅筆為陽極；若正反向電阻都很大或很小，說明二極管已壞。本題中，紅a，黑b時，電阻700；紅b，黑a時，電阻100k；所以a為陰極，b為陽極。4-11 用萬用表測得在某電路中工作的晶體管的Uce3V，Ube0.67V，Ie=5.1mA,Ic=5mA。問IB？解：IB=IE-IC=5.1-5=0.1mA，4-12 一個晶體管接在放大電路中，看不出型號，也沒有其他標記，但可用萬用表測得它的三個電極A、B、C對地電位分別為UA=-

9、9V,UB=-6V,Uc=-6.2V。試判斷晶體管的類型和A、B、C各對應(yīng)三級管的什么極？解：判斷晶體管的類型指判斷晶體管是硅管還是鍺管，是NPN型還是PNP型。其中硅管或鍺管的判斷原則在于發(fā)射結(jié)正向壓降是07V左右還是02V左右，并找出可能的b極和e極，正向壓降約為07V的晶體管為硅管，約為02V左右的晶體管為鍺管。NPN型管或PNP型管的判斷原則是處于放大狀態(tài)的NPN型管中其集電極電位為最高，而PNP型管中集電極電位應(yīng)最低。弄清管子的類型后，再結(jié)合各電極的電位就很容易判斷三極管的各個電極。本題中晶體管為PNP鍺管，A：對應(yīng)集電極；B：對應(yīng)發(fā)射極；C：對應(yīng)基極。4-13據(jù)圖4-13所示的各晶

10、體管型號及實測對地直流電壓數(shù)據(jù)（設(shè)直流電壓表的內(nèi)阻非常大），分析：（1）各管是鍺管還是硅管？（2）各管工作狀態(tài)（放大、截止、飽和或損壞）。圖4-13 晶體管型號及實測對地直流電壓數(shù)據(jù)解：三極管截止：發(fā)射結(jié)反向偏置或零偏，集電結(jié)反偏，IB=0，IC=0，IE=0；飽和：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正偏，IBIBS，IC<IB；放大：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反偏，IB>0，IC=IB，IE=IB+IC。本題在判別時，首先從型號判斷是硅管還是鍺管，硅管的|UBE|=0.60.7V，鍺管的|UBE|=0.10.2V；若為NPN管，發(fā)射結(jié)正偏時，UB>UE，若為PNP管，發(fā)射結(jié)正偏時，UB&l

11、t;UE。(a) UBE=1.71-1=0.71V；UBC=1.71-1.3=0.41V；發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正偏，此管為硅NPN，工作在飽和區(qū)。(b) UBE=-0.2-0= -0.2V；UBC=-0.2-(-5)=4.8V；發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反偏，此管為鍺PNP。(c) UBE=2-6=-4V；UBC=2-0=2V；發(fā)射結(jié)正向偏置壓差過大，已損壞，此管為鍺PNP，工作在飽和區(qū)。(d) UBE=-5.7-(-6)=0.3V；UBC=-5.7-0=-5.7V；小于發(fā)射結(jié)正向偏置電壓，集電結(jié)反偏，此管為硅NPN，工作在截止區(qū)。(e) UBE=-0.3-0=-0.3V；UBC=-0.3-(-

12、0.1)=-0.2V；發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正偏，此管為鍺PNP，工作在飽和區(qū)。(f) UBE=5.3-6=-0.7V；UBC=5.3-5.3=0V；發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)零偏，此管為硅PNP，工作在飽和區(qū)。(g) UBE=0.67-0=0.67V；UBC=0.67-6=-5.33V；發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反偏，此管為硅NPN，工作在放大區(qū)。(h) UBE=-5-(-6)=1V；UBC=-5-(-9)=4V；發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反偏，此管為鍺PNP，工作在截止區(qū)。圖4-14 晶體管的輸出特性曲線圖4-14某晶體管的輸出特性曲線如圖4-14所示。從圖中確定該管的主要參數(shù)：ICEO，PCM，U（

13、BR）CEO，(在UCE10V，I C2mA附近)。解：由于，當(dāng)iB=0時的iC即為ICEO，所以，ICEO=10A。從表示的PCM的曲線上可得：uCE=25V，iC=2mA，因此PCM=25×2=50（mW）。U（BR）CEO是指特性曲線中iB=0而iC急劇增加時的UCE值，所以有U（BR）CEO=50（V）根據(jù)公式，在UCE10V，I C2mA附近有iB=60-20=40(A)，iC=3-1=2mA。所以4-15晶體管工作在放大區(qū)，iB=20A,=70,溫度為25時ICBO3A。（1）求集電極電流iC？（2）若設(shè)不隨溫度改變，而ICBO隨溫度改變，求溫度為75時，iC？解：（1）

14、（2）由于，且T=75，T0=25，所以當(dāng)溫度為75時，ICBO=32×3A=96A。因此4-16 3CG14和3AG21兩種晶體管混放在一起，怎樣利用萬用表將它們區(qū)分開來？解：用萬用表×1k檔分別測量3CG14和3AG21兩種晶體管的各管腳間的電阻值，則各管腳間的電阻值相對較小的晶體管為3AG21，而各管腳間的電阻值相對較大的晶體管為3CG14。4-17 三個無標記的晶體管，用萬用表×1k檔測得各管腳間的電阻值如表4-1所示(其中1、2、3分別表示三個管腳)，判斷哪個管腳是基極，晶體管是鍺管還是硅管，是PNP型管還是NPN型管，其中有無壞管子。表4-1 各管腳間的電阻值接紅筆的管腳接黑筆的管腳電阻值1號管2號管3號管12200 k211.5k45k231.5k500k5k3280013500k311k解：萬用表檔測量時，黑筆對應(yīng)電源的正極，紅筆對應(yīng)電源的負極。對于正常的晶體管來說，無論是PNP型管還是NPN型管，其集電極與發(fā)射極之間測得的電阻應(yīng)都很大，而基極與集電極或發(fā)射極之間由于存在著PN結(jié)正偏，所以應(yīng)測得有低電阻