第2章半导体器件习题答案

第2章习题解答

1. 有人说，因为在PN 结中存在内建电场，所以将一个二极管的两端短路，在短路线中

将由于此电场的存在而流过电流。此说是否正确？为什么？ 答：此种说法不正确，将一个二极管的两端短路，PN 结外加电压为零，当环境条件稳定

时，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，PN 结中扩散电流和漂移电流大小相等，方向相反，流过PN 结的净电流为零。 2. 假设下图中二极管均为理想二极管，试画出v i ~ v o 的转移特性曲线。

+V CC CC

v i

v o

CC CC

v v o

(a) (b)

解：对图（a ）所示电路，定义节点A 、B 如下所示：

+V CC CC

v i

v o

当i v 小于CC V 、大于CC V -时，1D 、2D 都截止。输出o v 等于零； 当i v 大于CC V 时，节点A 的电位开始大于零，2D 导通，1D 截止；

输出3

2/2CC i CC

CC

i o V v R R R V R R V v v -=+-+=

当i v 小于CC V -时，节点B 的电位开始小于零，1D 导通，2D 截止；

输出3

2/2CC i i

i

CC o V v R R R v R R v V v +=++-=

图（b ）所示电路是一个双向限幅电路，输出正向限幅电压为：L L

CC

R R R V +，输出负向限幅电压为：L L

CC

R R R V +-

当L L CC i R R R V v +≤时，输入与输出相同，当L L CC i R R R V v +>时，输出限幅在L

L

CC R R R V

+-和

L L

CC

R R R V + 两个电平上。

3. 下图是一种二极管整流电路，称为全波整流电路。其中v 1 = v 2。试分析它的工作原理，

画出输出电压的波形并计算输出电压的平均值。

解：在输入信号的正半周，D 1导通、D 2截止，在输入信号的负半周， D 2导通、D 1截止，

输入信号与输出的关系为：

tω

V

V

tω

输出电压的平均值为：

12

sin()()

om om

V t d t V

π

ωω

ππ

=

⎰

4.下图也是一种二极管整流电路，称为桥式整流电路。试分析它的工作原理，画出输出

电压的波形并计算输出电压的平均值。

解：在输入信号的正半周，D1导通、D2截止，在输入信号的负半周，D2导通、D1截止，输入信号与输出的关系为：

tω

V

V

tω

输出电压的平均值为：

12

sin()()

om om

V t d t V

π

ωω

ππ

=

⎰

5.下图是一种双向限幅电路。假设二极管为理想二极管，试画出v i ~ v o的转移特性曲线。

o

解：定义节点A 如下图所示：

o

当2E V v A i <<时，D 1截止、D 2导通，此时112

11

2E R R R E E V A -++=

即当)(

112

11

2E R R R E E V v A i -++=<时，

D 1截止、D 2导通，输出电压限幅在112

11

2E R R R E E V A -++=

当输入电压大于E 2时，D 1导通、D 2截止，输出限幅在E 2。 而当212

11

2)(

E v V E R R R E E i A <<=-++时，D 1 、D 2都导通，输出跟随输入变化。

转移特性曲线为（假定V A 小于零）：

6. 下图也是一种双向限幅电路。试用带阈值的理想二极管模型分析v i ~ v o 的转移特性曲线。

解：由于是带阈值的理想二极管，则当输入信号的绝对值大于二极管的导通电压时，输

出限幅在二极管导通电压阈值的正负值上，当输入信号的绝对值小于二极管的导通电压时，两个二极管都截止，输出跟随输入变化。 转移特性曲线为：

7. 设下图电路中，稳压管的主要参数为V Z = 5V 、I Z = 10mA 、I Z (min) = 2mA 、I Z (max) = 20mA 、

r Z = 5Ω。若输入电压的最大值为12V 、最小值为8V ，负载电阻为1k Ω，试设计合适的限流电阻R 的阻值，并计算此电路的稳压系数和动态内阻。

R

V o

+

稳压管的电流不应小于其最小值，即：

1

25

8120512+

-<<+-R 注意上述式子忽略了稳压管自身的电压变化。根据上式，取R=350Ω。

估算输入电压分别是12V 和8V 时稳压管电流的变化如下：

mA 43.11)1535.058()1535.0512(=----- 则mV V o 15.57543.11=⨯=∆

%14.1%100=⨯∆o

o

V V 而

100%50%i

i

V V ∆⨯= 稳压系数为：0.0228 动态内阻近似为r Z = 5Ω

8. 有人认为：由于PNP 晶体管的极性与NPN 晶体管的极性相反，集电极电流的方向也

相反，所以它们的交流小信号模型中相关电流源的电流应该反相，如下图所示。此说法是否正确？为什么？