思考题与习题1
1-1 回答以下问题：
（1）半导体材料具有哪些主要特性？
（2）分析杂质半导体中多数载流子和少数载流子的来源；
（3）P型半导体中空穴的数量远多于自由电子，N型半导体中自由电子的数量远多于空穴，为什么它们对外却都呈电中性？
（4）已知温度为15℃时，PN结的反向饱和电流IS?10?A。当温度为35℃时，该PN结的反向饱和电流IS大约为多大？
（5）试比较二极管在Q点处直流电阻和交流电阻的大小。
解：
（1）半导体的导电能力会随着温度、光照的变化或掺入杂质浓度的多少而发生显着改变，即半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。
（2）杂质半导体中的多数载流子是由杂质原子提供的，例如N型半导体中一个杂质原子提供一个自由电子，P型半导体中一个杂质原子提供一个空穴，因此多子浓度约等于所掺入的杂质浓度；少数载流子则是由热激发产生的。
（3）尽管P型半导体中空穴浓度远大于自由电子浓度，但P型半导体本身不带电。因为在P型半导体中，掺杂的杂质原子因获得一个价电子而变成带负电的杂质离子（但不能移动），价电子离开后的空位变成了空穴，两者的电量相互抵消，杂质半导体从总体上来说仍是电中性的。同理，N型半导体中虽然自由电子浓度远大于空穴浓度，但N型半导体也是电中性的。
（4）由于温度每升高10?C，PN结的反向饱和电流约增大1倍，因此温度为35℃时，反向饱和电流为
（5）二极管在Q点处的直流电阻为 交流电阻为
式中UD为二极管两端的直流电压，UD?Uon，ID为二极管上流过的直流电流，UT为温度的电压当量，常温下UT?26mV，可见rd??RD。
1-2 理想二极管组成的电路如题1-2图所示。试判断图中二极管是导通还是截止，并确定各电路的输出电压。
解
理想二极管导通时的正向压降为零，截止时的反向电流为零。本题应首先判断二极管的工作状态，再进一步求解输出电压。二极管工作状态的一般判断方法是：断开二极管，求解其端口电压；若该电压使二极管正偏，则导通；若反偏，则截止。当电路中有两只或两只以上二极管时，可分别应用该方法判断每只二极管的工作状态。需要注意的是，当多只二极管的阳极相连（共阳极接法）时，阴极电位最低的管子将优先导通；同理，当多只二极管的阴极相连（共阴极接法）时，阳极电位最高的管子将优先导通。
（a）断开二极管D，阳极电位为12V，阴极电位为6V，故导通。输出电压UO?12V。 （b）断开二极管D1、D2，D1、D2为共阴极接法，其阴极电位均为6V，而D1的阳极电位为9V，D2的阳极电位为5V，故D1优先导通，将D2的阴极电位钳制在7.5V，D2因反向偏置而截止。输出电压UO?7.5V。
（c）D1、D2为共阴极接法，同理可得D1导通，D2截止。输出电压UO?6V。
（d）D1、D2为共阳极接法，阴极电位低的管子将优先导通，故D2导通，D1截止。输出电压UO??4V。
1-3 二极管组成的电路及其相应输入电压波形如题1-3图所示。已知D1、D2的导通电压为0.3V，试分别画出它们的输出电压波形，并用Multisim软件进行仿真验证。
解 Multisim软件仿真验证略。
（a）本题电路中有动态电压输入，注意此时二极管的工作状态取决于电路中直流电源与交流信号的幅值关系。波形图如下：
（b）D1、D2为共阴极接法，阳极电位高的管子将优先导通，因此只有当两个输入电压均为0V时，输出才为－0.3V，其他情况下的输出均为2.7V。波形图如下：
1-4 电路如题1-4图所示。设稳压管DZ1和DZ2的稳定电压分别为5V和10V，正向压降均为0.7V，试求各电路的输出电压。
解
图（a）中两只稳压管相串联，DZ1、DZ2均工作在反向击穿状态，故uO?5V?10V?15V。 图（b）中两只稳压管相串联，DZ1、DZ2均为正向导通，故uO?0.7V?0.7V?1.4V。 图（c）中两只稳压管相并联，DZ1首先被反向击穿，将输出电压钳位在uO?5V，于是DZ2
反向截止。
图（d）中两只稳压管相并联，DZ1正向导通，DZ2反向截止，故uO?0.7V。
1-5 有两个三极管，一个管子的??150，ICEO?200μA；另一个管子的
??50，
ICEO?10μA，其它参数相同。试问当用作放大时，应选择哪个管子更为合适？
解
应选第二只。因为虽然第二只的?较小，但它的ICEO比第一只小得多，而ICEO对温度非常敏感，会随着温度的增加而迅速增加，从而对放大电路的性能产生较大影响。
1-6 已知三极管的两个电极上的电流如题1-6图中所标注。试标注另一电极上电流的大小和方向，并在圆圈中画出三极管的电路符号。若管子均工作于放大状态，试分别求出它们的电流放大系数?。
解
由于两个电极上的电流数值相差很大，显然其中的小电流为基极电流，大电流为集电极电流或发射极电流。
图（a）中20?A的小电流（基极电流）流入管子，因此可判定该管为NPN型管，而1mA电流仍为流入，可判定为集电极电流。
图（b）中40?A的小电流（基极电流）流入管子，可判定该管为NPN型管，而1.64mA电流流入，可判定为发射极电流。
图（c）中30?A的小电流（基极电流）流出管子，可判定该管为PNP型管，而1.5mA仍为流出，可判定为集电极电流。
电路符号和电流标注如下图所示： 图（a）的电流放大系数 图（b）的电流放大系数 图（c）的电流放大系数
1-7 测得放大状态下三极管各个电极的对地静态电位如题1-7图所示，试判断各三极管的类型（NPN型、PNP型、硅管、锗管），并注明电极e、b、c的位置。
解
根据题意，图中的三极管均处于放大状态。由于此时发射结正偏、集电结反偏，故对于NPN型管，三个电极电位的关系是UC＞UB＞UE，PNP型管则是UE＞UB＞UC。可见，两种管型均为基极电位居中；确定基极后，若有一个电极和基极之间的电位差值约为0.7V或0.2V，则该极为发射极，且前者为硅管，后者为锗管；剩下的电极为集电极，若该集电极的电位最高，说明为NPN型管；电位最低，为PNP型管。
（a）NPN型，硅管，左起e、b、c； （b）PNP型，硅管，左起 c、b、e； （c）PNP型，锗管，左起 c、e、b。
1-8 试判断题1-8图电路中的三极管能否工作在放大区，并求出三极管的集电极电流值。设UBE?0.7V，UCE（sat）?0.3V，??50。
解
NPN型工作区域的判断方法：首先判断管子是否导通，当UBE大于Uon时，管子导通；当UBE小于Uon时，管子截止。若管子导通，再进一步判断其究竟工作在放大区还是饱和区，此时有两种方法可供选择：一是根据UCE和UBE的大小进行判断。当UCE＞UBE（UC＞UB）时，管子工作在放大区；当UCE＜UBE（UC＜UB）时，管子工作在饱和区。二是根据IB和IBS的大小进行判断。若IB＜IBS，管子工作在放大区；若IB＞IBS，管子工作在饱和区。这里采用第二种方法进行判断。
图（a）电路中，三极管导通，根据KVL可求得实际的基极电流为 而临界饱和基极电流为
?IB?IBS，说明三极管处于临界饱和（临界放大）状态，集电极电流为
图（b）电路中，三极管导通，假设三极管工作在放大区，则IC??IB，故 据KVL有
而临界饱和基极电流为
?IB＜IBS，假设成立，三极管工作在放大区，集电极电流为
1-9 题1-9图电路中，已知UCC?5V，UBE?0.7V，??100。当输入uI?5V时，输出
uO?0.3V，三极管饱和，试计算RB/RC的最大值。
解
根据题意，当输入uI?5V时，输出uO?0.3V，三极管工作在饱和区，故有IC??IB。由图可知，此时的基极电流和集电极电流分别为 代入IC??IB，得
1-10 场效应管三个电极的直流电位如题1-10图所示，试分别判断它们的工作区域。
解
图（a）中为耗尽型NMOS管，UGS＝0V，UDS＝1V。由于UGS?UGS（off），管子导通；又因UDS?UGS?UGS（off），故可判断管子工作在可变电阻区。
图（b）中为增强型PMOS管，UGS＝－3V，UDS＝－4V。由于UGS?UGS（th），管子导通；又因UDS?UGS?UGS（th），故可判断管子工作在恒流区。
1-11判断题1-11图的接法能否构成复合管。如果能，说明它们等效管的类型及管脚。
解
图（a）不能，因为第一只三极管的集电极和第二只三极管的基极电流方向冲突。
图（b）不能，因为第一只三极管的集电极和第二只三极管的发射极电流方向冲突。
图（c）能，等效管的类型为NPN管，其中上端为集电极，中端为基极，下端为发射极。
（a） （b） （c） （d）
题1-11图