第1章 - - 半导体二极管及其应用习题解答

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 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2?A、0.5?A、5?A；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1

1.1 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。

1

VD +5V3kΩUO? 5V3kΩ+VDUO7V? VD5V3kΩ1V +UO?

（a） （b） （c）

VD1VD2+VD1VD2+ +3kΩUO9V5V?3kΩUOVD2kΩ10V6V?.7V3kΩ5VUO_

（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，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，UO=5V 图(b) 二极管VD导通，UO= ?7V 图? 二极管VD截止，UO= ?1V

图(d) 二极管VD1导通，VD2截止，UO=0V 图(e) 二极管VD1截止，VD2导通，UO= ?9V 图(f) 二极管VD导通，UO=0V

1.2 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。⑴UA=UB=0V；⑵UA=3V，UB=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：UY=Uon=0.7V。流过二极管VD1和VD2的电流：

IVD1?IVD2?110V?0.7V?4.65mA

21kΩ（2）二极管VD1和VD2均承受正向电压，但VD2承受的正向电压大，VD2优先导

通。所以输出端Y点电位：UY=Uon=0.7V。将VD1钳制在截止状态。流过二极管VD1的电流IVD1?0，流过二极管VD2的电流IVD2?10V?0.7V?9.3mA 1kΩ 2

10V VD1AVD2BY1kΩVD1AVD2BY1kΩ

图P1.2 图P1.3

1.3 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。⑴UA=UB=0V；⑵UA=5V，UB=0V；⑶UA=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：UY=0。流过二极管VD1和VD2的电流IVD1?IVD2?0。

（2）二极管VD1正偏导通，所以输出端Y点电位：UY=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IVD1?流过二极管VD2的电流IVD2?0。

（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：UY=UA-Uon=5V-0.7V=4.3V。流过二极管VD1和VD2的电流

IVD1?IVD2?14.3V?2.15mA。 21kΩ4.3V?4.3mA,1kΩ1.4 在图P1.4所示电路中，已知输入电压ui=5sin?t（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（ui）。

VD+ui?+3kΩ?+uo?+ui?+VD+uo?+ui?3kΩ+?VD1VD2+uo?UVD3kΩUVD?UVD1?UVD2+

（a） （b） （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UVD?Uon，即ui?0.7V时，二极管导通，输出电压uo=ui?0.7V；当UVD?Uon，即ui?0.7V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UVD?Uon，即ui?0.7V时，二极管导通，输出电压uo= 0.7V；当UVD?Uon，即ui?0.7V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）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ui?0.7V时，二极管VD1导通，输出电压uo=0.7V；当ui??0.7V时，二极管VD2导通，输出电压uo=?0.7V；当?0.7V?ui?0.7V时，VD1、VD2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。

3

ui/V50.70ui/V50.70ui/V5tt0.7?0.7tuououo4.3t0.70t00.7?0.7t

图解T1.4（a）1 图解T1.4（b）1 图解T1.4（c）1

uo/Vuo/Vuo/V4.300.75?50.70.7?55?0.7?5?0.70.70.75ui/Vui/Vui/V

图解T1.4（a）2 图解T1.4（b）2 图解T1.4（c）2

1.5 在图P1.3所示电路中，已知ui=10sin?t（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）。

2kΩ +ui5V__ _VD+uo+uiVD2VD13V_ _+uo2kΩ +VD1ui5VVD23V+uo_ 2kΩ

（a） （b） （c）

图P1.5

【解1.5】：在（a）图所示电路中，当二极管断开时，二极管两端的电压UVD=5V?ui。当UVD?0，

即ui?5V时，二极管导通，输出电压uo=5V；当UVD?0，即ui?5V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，VD2两端的电压UVD2=ui?3V。当ui>3V时，VD2导通，输出电压uo=3V；当ui?0时，VD1导通，输出电压uo=0；当0?ui?3V时，VD2、VD1都截止，输出电压uo=ui。输出电压的波形如图解P1.5（b）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UVD1=?5V?ui，VD2两端的电压UVD2=ui?3V。当ui>3V时，VD2导通，输出电压uo=3V；当ui??5V时，VD1

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