模电经典例题

习题一1-1 说明PN 结形成的工作原理。

解：在一块本征半导体的两边掺以不同的杂质，使其中一边形成P 型半导体，另一边形成N 型半导体，则在它们的交界处就产生了电子和空穴的浓度差，电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。

由于载流子的扩散运动，破坏了P 区和N 区交接面原有的电中性，P 区一边失去空穴而留下负离子，而N 区一边失去电子，留下正离子。

这些不能运动的正、负离子集中载P 区和N 区交界的两边，形成了势垒区，以及产生了内建电场，而内建电场建立后由于电场力的作用使它一方面要阻止多数载流子向对方扩散，另一方面它又要使少数载流子产生漂移运动，扩散和漂移这两种运动方向相反，由于多数载流子扩散到对方就成为少数载流子，所以漂移运动相当于将扩散到对方的一部分多数载流子拉回到原区间。

开始时，空间电荷区不大，内建电场小，使得多数载流子的扩散大于少数载流子的漂移，随着这种情形的继续，空间电荷区增大，内建电场加强，进一步阻止多数载流子的扩散和加大少数载流子的漂移，最后使得多数载流子的扩散和少数载流子的漂移相等，达到动态平衡。

此即为PN 结。

1-2 若PN 结在室温27o 时，其反向电流为1μA ，试估计在0o C 和60o C 时的反向电流。

解：由于温度每升高10o C ，反向饱和电流增加一倍。

所以在0o C 时反向电流估计是0.25μA ；在60o C 时反向电流约为8μA 。

1-3 一个变容二极管，在反偏电压10-=R U V 时，其电容值为60pF ，若内建电位差73.0=ϕU V ，2/1=γ，求电容量为120pF 时的反向电压值。

解： γϕ)(U U KC T -=ϕU 为PN 结的势垒电压， ϕU =V 73.0U 为PN 结的反向电压， U=V 10- 2/1=γ 则有21)73.10(*12106021)1073.0(121060-⨯=+=-⨯K K当C T =120pF 时VU U U U 95.1473.1073.073.104173.073.102121)73.0(21)73.0(73.101210601210*120-=-=⨯=-=--⨯-⨯=-即，反向电压值为V 95.1。

1-4. 已知二极管的A I S μ1= ，室温下mV U T 26=，试求出二极管两端电压D U 为0.7V 时的直流电阻D R 和交流电阻d r 。

解：当D U =0.7时Ω⨯⨯==⨯⨯==⨯==⨯==⨯⨯=-=-----263026.07.0026.07.062652670026.076026.07.06102626000026.010111077000001017.0101)1(e e e U I e e e I U R ee I i d T D d Q Q D U U S D TDγγ1-5二极管电路如图P1-1所示，设二极管正向电阻为零，反响电阻为无穷大，当外加电压为t u s 314sin 40=V 时，试画出输出电压o u 波形；若输出电阻Ω=100L R 时，试求出负载电流的平均值。

解：(1)当t u s 314sin 40=>0时, D V 导通 o u =s u当t u s 314sin 40=<0时, D U 截止 o u =0 (2)若 Ω=100L R 则 t t R U i L s 314sin 4.0100314sin 40===所以 ππ8.02==m av i i1-6. 在图P1-2的限幅电路中，若输入信号为t u s 314sin 10=，二极管为理想器件（导通电阻为零），试画出输出电压o u 的波形。

解：(a) t u s 314sin 10=时 当s u >5V 时, D V 截止, 此时o u =5V当s u <5V 时, D V 导通， 此时o u =s u波形图见题1-6解图(b) 当s u >5V 时, D V 导通 o u =5V 当s u <5V 时, D V 截止 o u =s u 波形图见题1-6解图u u 习题1-5 解图1-7 设图P1-3中的二极管正向电压为0.7V ，求I解：V D 的导通电压为0.7V对（a ）有：V D1导通，V D2截止， 故mA K I 825.247.012=-=对（b ）有：V D 导通， 故 mA K I 375.247.010=-=对（c ）有：V D 截止， 故mA kI 2510==因为假设V D 通，则K I R 47.5101-=，KI R 17.052+=这时，V D 的电流为反向电流，与正向导通不符，故mA KI 825.247.012=-=1.8. 电路如图1-4所示，设二极管为理想二极管，是确定各输出电压,解：对图（a ）有1D V 两端加正偏电压12V 2D V 两端加正偏电压18V3D V 两端加正偏电压11V均可导通，但1D V 和3D V 为反向运用，故2D V 优先导通后，1D V 和3D V 截止。

所以，U 0=0V 因此 mA KRI36018-=--=对图（b ）有：1D V =18V 2D V =24V 3D V =12V同理均可导通，但若3D V 导通，则1D V 和2D V 均加反向电压，故1D V 和2D V 截止。

故0V = -6V 所以mA KR I 26)6(18-=---=1.9最简单的稳压电路如图P1-5所示，其中稳压管的稳定电压V U z 6=，最大允许电流mA I 40max =，最小允许电流mA I 5min =，负载电阻Ω=300L R ，若电源电压在11到15V 之间波动，求限流电阻R 的最大值和最小值。

解：V U Z 6= mA I 40max = mA I 5min = 300=L R 由图可知 RL Z R I I I +=而RU U I ZR -=当V U 11=时 R R I R 56111=-= 当V U 15=时 RR I R 96152=-=当稳压管正常工作时5<Z I <40此时 mA I I I Z Z R 23006+=+= 所以 mA R I mA 427<< 所以 RmA 57<因此 71443043042900042971475000<<≅><≅<R R mAR R1-10 在图P1-6所示的稳压电路中，已知Ω=K R 1，稳压管的稳定电压V U z 6=，试求1）当V E 5=时，R I 、o U2）当V E 10=时，R I 、o U解：Ω=K R 1 V U z 6=当V E 5=时,稳压管截止,V E U o 5== 0=RI当V E 10=时,稳压管反向击穿,V U o 8= mA kI R 21810=-=1-11 在图P1-7所示的稳压电路中，稳压管的稳定电压1z U 和2z U 分别为6V 和3V ，稳压官的正向压降为0.5V ，当t u s 314sin 10=V 时，试画出输出电压的波形。

解：V U z 61= V U z 31= 稳压管正向降为0.5Vt u s 314sin 10=若1z V 反向击穿 2z V 导通,则V U U z o 5.65.01=+= 若1z V 正向导通2z V 反向击穿,则V V U U z s 5.35.02-=--< 若V U V s 5.65.3<<-则1z V 和2z V 中各有一个截止,此时s o U U =1-12 电路如图P1-8所示，已知V U CC 9=，V u BE 7.0=，放大区中，100=β，nA I CB 10=，进入饱和区时，认为V u CE 2.0=， （1）求当Ω=K R B 200，Ω=K R C 1时的B I 、C I 和CE U 值，并指出三极管工作在哪个区；（2）当Ω=K R B 20，Ω=K R C 1时，重复（1）； （3）当Ω=K R B 200，Ω=K R C 10时，重复（1）； （4）当∞→B R ，Ω=K R C 10时，重复（1）。

解：V U CC 9= 100=β V u BE 7.0= nA I CB 10=,饱和时V u CE 2.0=截止区: 发射结反向运用0BE BE U U <, 集电结也反向运用C B U U <此时 0=E i ,CBO B I i = ,CBO C I i =放大区: 发射结正向运用0BE BE U U >,集电结反向运用C B U U > 饱和区:发射结正向运用0BE BE U U >,集电结也正向运用,CES CE U U =，饱和时CE U 固定.反向放大: 发射结反向0<BE U ,集电结正向 C B U U >(1) 当Ω=K R B 200,Ω=K R C 1时A KR U U I B BE CC B 6105.412007.09-⨯=-=-=A I I IB BC 31015.4100-⨯===βV R I U U C C CC CE 85.415.491031015.493=-=⨯-⨯-=-=由于V u BE 7.0=正向作用, BE CE U U >, 故工作在放大区.(2) 当Ω=K R B 20，Ω=K R C 1时，A R U U I BBECC B 5105.41-⨯=-=A I C 21015.4-⨯=V U CE 5.325.419-=-=，这是不可能的。

因此，三极管必定工作在饱和区。

此时，V U U CES CE 2.0==mA R VR U U I CC CE CC C 8.82.09=-=-=A IB μ415=(3) 同理A IB 610*5.41-=，A IC 610*15.4-=，则有：V U CE 5.32-= ，这也是不可能的。

因此，此时三极管也一定工作在饱和区。

所以这时有V U U CES CE 2.0== ，mA I C 8.8= ，A I B μ5.41=(4) 当∞→B R ，Ω=K R C 10时当∞→B R 时, 0=BE U 0=B I ,0=C I ，三极管工作在截止区.1-13 电路及元件参数如图P1-9所示，V u BE 7.0=，试指出当50=β与120和电源极性接反三种情况时，三极管各工作在哪个区。

解：由图知此管是PNP 管,它的三种 工作状态:截止区 0BE BE U U > ，C B U U > 放大区 0BE BE U U < ，C B U U > 饱和区 0BE BE U U < C B U U < (1) 当50=β时0=+-CC BE B B U U R I A R I B B 531077.1103003.57.06-⨯-=⨯-=+-=451085.8)1077.1(50--⨯=⨯-⨯==B C I I β06=++C C CE R I U V U CE 35.31031085.8634-=⨯⨯⨯+-=- 即 V U EC 35.3-=此时,发射结正偏,集电结反偏,工作于放大区。