1、1第 1 章 半导体二极管及其基本电路自测题1.1 判断下列说法是否正确，用“”和“”表示判断结果填入空内1. 半导体中的空穴是带正电的离子。 （ ）2. 温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。 （ ）3. 因为 P 型半导体的多子是空穴，所以它带正电。 （ ）4. 在 N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为 P 型半导体。 （ ）5. PN 结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。 （ ）1.2 选择填空1. N 型半导体中多数载流子是 A ；P 型半导体中多数载流子是 B 。A自由电子 B空穴2. N 型半导体 C ；P 型半导体 C 。A带正电
2、B带负电 C呈电中性3. 在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于 B ，而少子的浓度则受 A 的影响很大。A温度 B掺杂浓度 C掺杂工艺 D晶体缺陷4. PN 结中扩散电流方向是 A ；漂移电流方向是 B 。A从 P 区到 N 区 B从 N 区到 P 区5. 当 PN 结未加外部电压时，扩散电流 C 飘移电流。A大于 B小于 C等于6. 当 PN 结外加正向电压时，扩散电流 A 漂移电流，耗尽层 E ；当 PN结外加反向电压时，扩散电流 B 漂移电流，耗尽层 D 。A大于 B小于 C等于D变宽 E变窄 F不变7. 二极管的正向电阻 B ，反向电阻 A 。A大 B小8. 当温度升高时，二极管的正向
3、电压 B ，反向电流 A 。A增大 B减小 C基本不变9. 稳压管的稳压区是其工作在 C 状态。A正向导通 B反向截止 C反向击穿1.3 有 A、B、C 三个二极管，测得它们的反向电流分别是 2A、0.5A、5A；在外加相同的正向电压时，电流分别为 10mA、 30mA、15mA。比较而言，哪个管子的性能最好？【解 1.3】：二极管在外加相同的正向电压下电流越大，其正向电阻越小；反向电流越小，其单向导电性越好。所以 B 管的性能最好。题习题 11.1 试求图 P1.1 所示各电路的输出电压值 UO，设二极管的性能理想。25 VV D+3 kUOV D7 V5 V+3 kUO5 V 1 VV D
4、+3 kUO（a） （b） （c）1 0 V5 VV D3 k+._OU2 k6 V9 VV DV D+123 kUOV DV D5 V7 V+123 kUO（d） （e） （f）图 P1.4 【解 1.1】：二极管电路，通过比较二极管两个电极的电位高低判断二极管工作在导通还是截止状态。方法是先假设二极管断开，求出二极管阳极和阴极电位，电路中只有一个二极管：若阳极电位高于阴极电位（或二极管两端电压大于其导通电压 Uon） ，二极管正偏导通，导通时压降为 0（对于理想二极管）或 Uon（对于恒压源模型的二极管） ；若阳极电位低于阴极电位（或二极管两端电压小于其导通电压 Uon） ，二极管反偏截止
5、，流过二极管的电流为零。如果电路中有两个二极管：若一个正偏，一个反偏，则正偏的导通，反偏的截止；若两个都反偏，则都截止；若两个都正偏，正偏电压大的优先导通，进而再判断另一只二极管的工作状态。图(a)二极管 VD 导通，U O=5V图(b) 二极管 VD 导通，U O= 7V图 二极管 VD 截止，U O= 1V图(d) 二极管 VD1 导通，VD 2 截止，U O=0V图(e) 二极管 VD1 截止，VD 2 导通，U O= 9V图(f) 二极管 VD 导通，U O=0V1.2 在图 P1.2 所示电路图中，试求下列几种情况下输出端 Y 点的电位及流过各元件的电流。U A=UB=0V；U A=
6、3V，U B=0V。设二极管的导通电压 Uon=0.7V。【解 1.2】：（1）二极管 VD1 和 VD2 均承受正向电压，且正向电压相等，都导通。所以输出端 Y 点电位：U Y=Uon=0.7V。流过二极管 VD1 和 VD2 的电流：m65.4kV7.02VDI（2）二极管 VD1 和 VD2 均承受正向电压，但 VD2 承受的正向电压大，VD 2 优先导通。所以输出端 Y 点电位：U Y=Uon=0.7V。将 VD1 钳制在截止状态。流过二极管VD1 的电流 ，流过二极管 VD2 的电流0VD1I mA3.9kV7.0VDI31 kYABV DV D121 0 V1 k YABV DV
7、D12图 P1.2 图 P1.31.3 分析图 P1.3 所示电路中各二极管的工作状态，试求下列几种情况下输出端 Y点的电位及流过各元件的电流。U A=UB=0V；U A=5V，U B=0V；U A=UB=5V。二极管的导通电压 Uon=0.7V。【解 1.3】：（1）二极管 VD1 和 VD2 均处于零偏状态，所以都截止。输出端 Y 点电位：U Y=0。流过二极管 VD1 和 VD2 的电流 。0VD21I（2）二极管 VD1 正偏导通，所以输出端 Y 点电位：U Y=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。将VD2 钳制在截止状态。流过二极管 VD1 流过二极管 VD1 和 VD2 的电流
8、,流过二极管 VD2 的电流 。mA3.4k1V.DI VD2I（3）二极管 VD1 和 VD2 均承受正向电压，且正向电压相等，都导通。所以输出端Y 点电位：U Y=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。流过二极管 VD1 和 VD2 的电流。5.k3.42VD1I1.4 在图 P1.4 所示电路中，已知输入电压 ui=5sint（V） ，设二极管的导通电压Uon=0.7V。分别画出它们的输出电压波形和传输特性曲线 uo=f（u i） 。3 kV DV D1 2+ u uio3 kV D+ u uio3 kV D+ u uio+UV DUV D+UV D 1UV D 2（a ） （b） （
9、c）图 P1.4【解 1.4】：在（a ）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压 UVD=ui。当 UVDUon，即 ui0.7V 时，二极管导通，输出电压 uo=ui0.7V；当 UVDUon，即ui0.7V 时，二极管截止，输出电压 uo=0。输出电压的波形如图解 P1.4（a ）1 所示，传输特性如图解 P1.4（a）2 所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压 UVD=ui。当UVDUon，即 ui0.7V 时，二极管导通，输出电压 uo= 0.7V；当 UVDUon，即 ui0.7V 时，二极管截止，输出电压 uo=ui。输出电压的波形如图解 1.4P（b
10、）1 所示，传输特性如图解 1.4P（b） 2 所示。在（c）图所示电路中，当 ui0.7V 时，二极管 VD1 导通，输出电压 uo=0.7V；当ui0.7V 时，二极管 VD2 导通，输出电压 uo=0.7V；当0.7V ui0.7V 时，VD 1、VD 2都截止，输出电压 uo=ui。输出电压的波形如图解 1.4P（c）1 所示，传输特性如图解1.4P（c）2 所示。4ui5tuot00/ V0 . 74 . 3ui5tuot00/ V0 . 70 . 7ui5tuot 0 . 7/ V0 . 70 . 7 0 . 7图解 T1.4（a）1 图解 T1.4（b）1 图解 T1.4（c）1
11、0uuio0 . 74 . 35/ V/ V0 . 7uuio0 . 75/ V/ V 5 50 . 7uuio0 . 75/ V/ V 0 . 7 0 . 7 5图解 T1.4（a）2 图解 T1.4（b）2 图解 T1.4（c）21.5 在图 P1.3 所示电路中，已知 ui=10sint（V） ，二极管的性能理想。分别画出它们的输入、输出电压波形和传输特性曲线 uo=f（ ui） 。+_uoV DV D212 k+_ui3 V+_uoV DV D21+_ui2 k5 V3 V+_uoV D2 k+_ui5 V（a ） （b） （c）图 P1.5【解 1.5】：在（a ）图所示电路中，当二
12、极管断开时，二极管两端的电压UVD=5Vui。当 UVD0，即 ui5V 时，二极管导通，输出电压 uo=5V；当 UVD0，即 ui5V 时，二极管截止，输出电压 uo=ui。输出电压的波形如图解 P1.5（a）1 所示，传输特性如图解 P1.5（a）2 所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管 VD1 两端的电压 UVD1=ui，VD 2两端的电压 UVD2=ui3V。当 ui3V 时，VD 2 导通，输出电压 uo=3V；当 ui0 时，VD 1 导通，输出电压 uo=0；当 0ui3V 时，VD 2、VD 1 都截止，输出电压 uo=ui。输出电压的波形如图解 P1.5（b）
13、1 所示，传输特性如图解 P1.5（b）2 所示。在（b）图所示电路中，当二极管断开时，二极管 VD1 两端的电压5UVD1=5Vui，VD 2 两端的电压 UVD2=ui3V。当 ui3V 时，VD 2 导通，输出电压uo=3V；当 ui5V 时，VD 1 导通，输出电压 uo=5V；当 5Vui3V 时，VD 2、VD 1 都截止，输出电压 uo=ui。输出电压的波形如图解 P1.5（c）1 所示，传输特性如图解P1.5（c）2 所示ui1 0tuot00/ V/ V51 05ui1 0tuot 0 . 7/ V3/ V3ui1 0tuot00/ V33/ V 图解 P1.5（a）1 图解
14、 1.5P（b）1 图解 P1.5（c）1 0uuio51 01 0/ V/ V5 1 00uuio31 0/ V/ V0uuio1 0/ V/ V 图解 1.5（a） 2 图解 1.5（b）2 图解 1.5（c）21.6 图 P1.4 所示为一限幅电路，输入电压 ui=10sint（V） ，试画出输出电压的波形和传输特性曲线。设 VD1、VD 2 的性能均理想。+_uo+_ui8 V1 0 k2 0 kR R12V D V D122 V+_uo+_ui8 V1 0 k2 0 kR R12V D V D122 ViD 1iD 2i1i2图 P1.6 图解 P1.6 (a)【解 1.6】：设流过
15、 VD1、VD 2、R 1、R 2 的电流分别为 iD1、i D2、i 1、i 2，参考方向如图解 1.6P(a)所示。当 VD1、VD 2 均导通时， ，由此可得，VD 1 导通的208ii2DuRi 203)8()( i1i2iDuui条件是：u i4V；VD 2 导通的条件是：u i8V。故 ui8V 时，VD 1 导通，VD 2 截止，输出电压 uo=8V；4Vui8V 时， VD1、VD 2 都导通，输出电压 uo=ui；ui4V 时，VD 1 截止，VD 2 导通，输出电压 。V4201286输出电压的波形如图解 P1.6(b）所示，传输特性如图解 P1.6(c)所示。uuio1
16、0/ V/ V 88ui1 0tuot00/ V4848图解 P1.6(b) 图解 P1.6(c)1.7 电路如图 P1.7 所示。输入电压 ui=10sint（mV） ，二极管的导通电压Uon=0.7V，电容 C 对交流信号的容抗可忽略不计。试计算输出电压的交流分量。【解 1.7】：只有直流电压作用时，电容 C 开路，流过二极管的电流为mA，8.1m.5701DQAI由此可估算出二极管 VD 的动态电阻为： 4.18.26)mA(VQDdIr在进行交流分析时，令直流电压和电容短路，二极管用交流等效电阻 rd 代替，此时，电路可等效为图解 P1.7。由图可求得输出电压的交流分量为（mV）trR
17、urRrud sin65.3)/(1i2d12dio+_uo+_ui5 . 1 kR21 0 V2 5R1V DC+_uo+_ui5 . 1 k R22 5R1rd图 P1.7 图解 P1.71.8 有两个硅稳压管，VD Z1、VD Z2 的稳定电压分别为 6V 和 8V，正向导通电压为0.7V，稳定电流是 5mA。求图 P1.8 各个电路的输出电压 UO。2 0 V+2 k UOV DV Dz 1z 22 0 V+UOV DV Dz 1z 22 k 2 0 V+UOV DV Dz 1z 22 k （a ） （b） （c）2 0 V+UOV D V Dz 1 z 22 k 2 0 V+UOV
18、D V Dz 1z 22 k 2 0 V+UOV D V Dz 1z 22 k （d） （e） （f）图 P1.87【解 1.6】：图 a UO=6V+8V=14V；图 b UO=6V+0.7V=6.7V；图 c UO=0.7V+0.7V=1.4V；图 d UO=0.7V；图 e UO=0.7V；图 f UO=6V。1.9 已知稳压管的稳定电压 UZ=6V，最小稳定电流 IZmin=5mA，最大功耗PZM=150mW。试求图 P1.9 所示电路中限流电阻 R 的取值范围。【解 1.9】：由题可知稳压管的最大稳定电流 mA=25mA6150ZMmaxUPI流过稳压管的电流 IZ 应满足： ，又因
19、为：aZminII，由此可得限流电阻 R 的取值范围：0.36kR1.8kRUIV615ZI1.10 图 P1.10 所示稳压管稳压电路中，稳压管的稳定电压 UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大功耗 PZM=125mW。限流电阻 R=1k，负载电阻 RL=500。 分别计算输入电压 UI 为 12V、35V 三种情况下输出电压 Uo 的值。 若输入电压 UI=35V 时负载开路，则会出现什么现象？为什么？V DZ+_UIUORLR_图 P1.10【解 1.10】： 根据题意可知流过稳压管的最大稳定电流 mA83.20615ZMmaxUPI当 UI12V 时， ， 稳压管未击穿。故Z
20、LI V45.012URIOU当 UI35V 时， ，稳压管反向击穿，流过稳压管ZLI V67.15.03UR的电流为 mA175.0613LOZIZ R因为 ，所以稳压管能稳压，输出电压 UO=UZ=6VmaxinII 当 UI=35V，负载开路时，流过稳压管的电流29mAI ZM20.83mA，稳压管将因功耗过大而损坏。UI)(ZI1.11 图 1.11 所示的稳压管稳压电路中，如果稳压管选用 2DW7B，已知其稳定电8压 UZ=6V，最大稳定电流 IZmax=30mA，最小稳定电流 IZmin=10mA，限流电阻 R=200。 假设负载电流 IL=15mA，则允许输入电压的变化范围为多大
21、？才能保证稳压电路正常工作？ 假设给定输入直流电压 UI=13V，则允许负载电流 IL 的变化范围为多大？ 如果负载电流也在一定范围变化，设 IL=1015mA，此时输入直流电压 UI 的最大允许变化范围为多大？【解 1.11】：解： 要保证电路正常工作，流过稳压管的电流 应满LZIIR足： ，即 ，得允许输入电压的变化范围为ZmaxZminII mA30152.06A1IU。V151IU 同理，电路应满足 ，得允许负载电流的变化范围302.0613LI。mA255LI 当负载电流最小(为 ILmin=10mA )，输入电压最大时，流过稳压管的电流最大，应满足 maxLinZImaxZIIRU得允许输入电压的最大值为： V14Iax当负载电流最大(为 ILmax=15mA )，输入电压最小时，流过稳压管的电流最小，应满足 minLaxZIminZIIRU得允许输入电压的最小值为： V1Ii所以负载电流在 1015mA 范围内变化时，输入直流电压 Ui 的最大允许变化范围为V141iU
