电子技术习题答案

第1章半导体晶体管和场效应管

一、重点和难点

1.半导体材料的导电特性

半导体材料的导电特点决定了半导体器件的特点和应用场合，因此透彻的了解半导体的导电特点是学习电子技术的基础，也是本章的重点之一。

2.PN结的单向导电性

所有的半导体器件都是由一个或者多个PN结组合而成的，深刻理解PN结的单向导电性的特点是本章的重点。

3.二极管的参数

二极管的参数中，有表示极限的参数，有表示优劣的参数，同时有直流参数，又有交流参数，有建立在时间积累效应基础上的电流参数，还有建立在雪崩效应和隧道效应基础上的瞬时电压参数，正确的理解二极管的参数是应用的前提和基础，掌握每个参数的意义是本章的重点，也是本章的难点，

4.二极管的应用

二极管的主要利用其单向导电性可以用来构成各种电路，二极管的应用是本章的重点。

5.三极管的结构

三极管的是由两个相互关联的PN结构成的，三极管由于其内部载流子的运动规律难于形象描述而成为本章的难点。

6.三极管的特性

三极管不论输入还是输出都是非线性的，故此其为本章的难点，由于了解管子的特性是对于管子应用的基础和前提，因此正确理解输入电流对输出电流的控制也是本章的重点。

7.三极管的应用

三极管在日常生活中有着非常广泛的应用，模拟电子中主要用其放大作用，数字电子中主要用其开关作用。学习的目的主要是为了应用，因此是本章的重点。

二、学习方法指导

1.半导体材料的导电特性

半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电特性包括：对温度反映灵敏(热敏性) ，杂质的影响显著(掺杂性) ，光照可以改变电阻率(光敏性)。

2.自由电子和空穴

当一部分价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下相应的空位，这个空位被称为空穴。原子因失去一个价电子而带正电，也可以说空穴带正电。在本征半导体

中，电子与空穴总是成对出现的，它们被称为电子空穴对。如果在本征半导体两端加上外电场，半导体中将出现两部分电流：一是自由电子将产生定向移动，形成电子电流；一是由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，亦即空穴也会产生定向移动，形成空穴电流。所以说，半导体中同时存在着两种载流子(运载电荷的粒子为载流子)——电子和空穴，这是半导体导电的特殊性质，也是半导体与金属在导电机理上的本质区别。

3. PN结及其单向导电性

若在纯净的硅晶体中掺入微量的五价元素(如磷)，磷原子与硅原子组成共价键结构只需四个价电子，而磷原子的最外层有五个价电子，多余的那个价电子不受共价键束缚，只需获得很少的能量就能成为自由电子。自由电子是多数载流子(简称多子)，空穴是少数载流子(简称少子)，自由电子导电为主要导电方式的杂质半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。在纯净的硅(或锗)晶体内掺入微量的三价元素硼(或铟)，当它与周围的硅原子组成共价键结构时，会因缺少一个电子而在晶体中产生一个空穴，掺入多少三价元素的杂质原子，就会产生多少空穴。因此，这种半导体将以空穴导电为其主要导体方式，称为空穴型半导体，简称P型半导体。

在一块硅或锗的晶片上，采取不同的掺杂工艺，分别形成N型半导体区和P型半导体区。在他们的交界面附近就会形成一个空间电荷区，这个空间电荷区就是PN结。若在PN 结两端外加电压，将会破坏PN结原有的平衡。加正向电压时，P区接电源正极，N区接电源负极，由于外电场的方向与内电场的方向相反，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多数载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。因此，加正向电压时，PN结呈低电阻而处于导通状态。若外接电压方向相反N区接电源正极，P区接电源负极，则外电场方向与内电场方向一致，空间电荷区变宽，PN结呈高阻状态而处于反向截止。

4. 二极管的参数及应用

将PN结的两端加上电极引线并用外壳封装，就组成了一只晶体二极管。二极管I OM是二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。U RM是为了防止二极管反向击穿而规定的最高反向工作电压。一定要在极限参数允许的范围内工作，否则会损坏管子。

利用二极管的单向导电性可以用来构成整流，限幅，检波，保护，开关等电路。

5.特殊二极管

稳压管是一种特殊的面接触型硅二极管，反向击穿是稳压管的正常工作状态，稳压管就工作在反向击穿区。

发光二极管也具有单向导电性。发光二极管的发光颜色取决于所用材料，目前有红、绿、黄、橙等色。

光电二极管的结构与普通二极管类似，使用时光电二极管PN结工作在反向偏置状态，在光的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升（这时的反向电流叫做光电流），所以，光电二极管是一种将光信号转为电信号的半导体器件。

6.晶体管的结构

目前使用的晶体管有PNP型和NPN型两种，他们在结构上都有三个区——发射区、基区和集电区，两个PN结——发射结和集电结组成。由三个区分别引出的三根电极分别称为发射极E、基极B和集电极C。为了使晶体管具有电流放大作用，在其内部结构上还必须满足两个条件：①发射区的掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度较低，基区掺杂浓度最低；②基区做得很薄。

晶体管可以工作在输出特性曲线的三个区域内，晶体管工作在放大区的主要特征是：发射结正向偏置，集电结反向偏置，I C与I B间具有线性关系，即I C=βI B。晶体管工作在截止区

的主要特征是：I B=0，I C= 0，相当于晶体管的三个极之间都处于断开状态。晶体管工作在饱和区的主要特征是：U CE

7.晶体管和场效应管的比较

双极型三极管（简称BJT）又称晶体三极管，它工作时有空穴和自由电子两种载流子参与导电，而单极型三极管又称场效应管（简称FET），工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电。

晶体管属于电流控制型器件，而场效应管属于电压控制型器件。

三、习题辅导

1-1 说明下列各组名词的含义，指出它们的特点和区别：

⑴自由电子、价电子、空穴、正离子和负离子；

答：自由电子是不受到原子核和共价键束缚的电子，可以自由的运动，而价电子则仍然受到原子核和共价键的双重束缚，不能自由移动，当价电子逃逸后，在原来的位置就会留下一个空穴，正离子和负离子是原子得到和失去电子后的不能移动的原子核。

⑵本征半导体导电和杂质半导体导电；

本征半导体中，自由电子和空穴数目相同，导电能力较弱，主要由温度决定，而杂质半导体中，导电能力较强，主要由掺杂浓度决定。

⑶扩散电流和漂流电流。

当外加电场时，多数载流子和少数载流子都会受到电场力的作用而形成定向运动，多数载流子的扩散运动形成的电流称为扩散电流，少数载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流。

1-2 PN结为什么具有单向导电性？在什么条件下，单向导电性被破坏？

若在PN结两端外加电压，将会破坏PN结原有的平衡。加正向电压时，P区接电源正极，N区接电源负极，由于外电场的方向与内电场的方向相反，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多数载流子的扩散运动，形成较大的正向电流。因此，加正向电压时，PN 结呈低电阻而处于导通状态。若外接电压方向相反N区接电源正极，P区接电源负极，则外电场方向与内电场方向一致，空间电荷区变宽，PN结呈高阻状态而处于反向截止。当外加正向电流或者反向电压过大时，管子会被损坏从而其单向导电性被破坏。

1-3二极管电路如图1-001所示，判断图中的二极管是导通还是截止，并求出A、O两端的电压U AO。