模擬電路第一章常用半導(dǎo)體器件教、學(xué)指導(dǎo)與習(xí)題詳解

1、模擬電子線路教、學(xué)指導(dǎo)與習(xí)題詳解楊凌第1章常用半導(dǎo)體器件教學(xué)要求1.1.1 半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)1、熟悉本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)、多子、少子、漂移、擴(kuò)散的概念；2、熟悉PN結(jié)的形成機(jī)理和基本特性一一單向?qū)щ娦?、擊穿特性、電容效?yīng)。1.1.2晶體二極管1、了解二極管的結(jié)構(gòu)、分類、符號(hào)、主要參數(shù)；2的熟悉二極管的幾種模型表示一一數(shù)學(xué)模型、曲線模型、簡(jiǎn)化電路模型，掌握各種模型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；3、熟悉二極管電路的三種分析方法一一圖解法、簡(jiǎn)化分析法、小信號(hào)分析法。能熟練運(yùn)用簡(jiǎn)化分析法分析各種功能電路；4、了解幾種特殊二極管的性能。1.1.3晶體三極管1、了解三極管的結(jié)構(gòu)、分類、符號(hào)、熟

2、悉其主要參數(shù)及溫度對(duì)參數(shù)的影響；2、掌握三極管在放大狀態(tài)下的電流分配關(guān)系；3、熟悉三極管處在放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)下的條件及特點(diǎn)；4的熟悉三極管的幾種模型表示一一數(shù)學(xué)模型、共射曲線模型、直流簡(jiǎn)化電路模型、小信號(hào)電路模型，掌 握各種模型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；5、熟悉三極管放大電路的三種分析方法一一圖解法、估算法、小信號(hào)等效電路分析法。能熟練運(yùn)用估算 法判斷三極管的工作狀態(tài)。1.1.4場(chǎng)效應(yīng)管1、了解場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理，理解場(chǎng)效應(yīng)管中預(yù)夾斷的概念；2的熟悉場(chǎng)效應(yīng)管的幾種模型表示一一數(shù)學(xué)模型、曲線模型、直流簡(jiǎn)化電路模型、小信號(hào)電路模型，掌握各種模型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合；3、熟悉放大狀態(tài)下幾種場(chǎng)效應(yīng)管的

3、外部工作條件；4、熟悉場(chǎng)效應(yīng)管與三極管之間的異同點(diǎn)；基本概念和內(nèi)容要點(diǎn)半導(dǎo)體物理基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，其導(dǎo)電能力隨溫度、光照或所摻雜質(zhì)的不同而顯著變化，特別是摻雜可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和導(dǎo)電類型，因而半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于各種器件及集成電路的制造。1、本征半導(dǎo)體（1）高度提純、幾乎不含任何雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。硅（Si）和錯(cuò)（Ge）是常用的半導(dǎo)體材料，均屬四價(jià)元素，原子序號(hào)分別為14和32,它們的原子最外層均有四個(gè)價(jià)電子，與相鄰四個(gè)原子的價(jià)電子組成共價(jià)鍵。制造半導(dǎo)體器件的硅和錯(cuò)材料被加工成單晶 結(jié)構(gòu)。圖1.1 （a）、（ b）分別是硅、錯(cuò)原子的簡(jiǎn)化模型和它們的晶體結(jié)構(gòu)

4、平面示意圖。+4(b)+4+4（2）本征激發(fā)共價(jià)鍵中的價(jià)電子受激發(fā)獲得能量并擺脫峭束縛而成衣0利電子”（“施噴，并在原共 價(jià)鍵的位置上留下一個(gè)“空位”（稱空穴），速尸過(guò)程稱為本征激發(fā)。-熱、光、電磁輻射等均可導(dǎo)致本征激發(fā)，但熱激發(fā)是半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生本征激發(fā)的主要因素。本征激發(fā)產(chǎn)生成對(duì)的電子和空穴。（3）復(fù)合電子被共價(jià)鍵俘獲，造成電子一空穴對(duì)消失，這一現(xiàn)象稱為復(fù)合。（4）載流子電子和空穴均是能夠自由移動(dòng)的帶電粒子，稱為載流子?？梢?，半導(dǎo)體中存在兩種類型的載流子。（5）熱平衡載流子濃度當(dāng)溫度一定時(shí)，半導(dǎo)體中本征激發(fā)和復(fù)合在某一熱平衡載流子濃度值上達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。該濃度值為：ni =pi=AT3/2e

5、kT111)式中:k (田. 一,-5秘88教錨65632 X 10Si5 eV /K1.21eV(Si)A、=心7T哪畸至k隨溫即而迅速陶0（T=0K刊的禁帶雌300K中（27oCN（G ），一 .，4 103/cni的數(shù)值雖然很大，華富僅含於4度C曲的原，僦度為4.96 X 1022 cm 3）很小的百分?jǐn)?shù)，故本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱（本征硅的扁率鄭E cm 3 2.2。5 Q cm）。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，摻入一定量的雜質(zhì)元素，就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體（硅或錯(cuò)）中摻入五價(jià)施主雜質(zhì)（如磷、碑）而成。其中多子是電子，少子是空穴，還有不能自由移動(dòng)（不參與

6、導(dǎo)電）的正離子。P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體（硅或錯(cuò)）中摻入三價(jià)受主雜質(zhì)（如硼、錮）而成。其中多子是空穴，少子是電子，還有不能自由移動(dòng)（不參與導(dǎo)電）的負(fù)離子。（3）雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度取決于摻雜的多少，其值幾乎與溫度無(wú)關(guān)；且少量的摻雜便可導(dǎo)致載流子 幾個(gè)數(shù)量級(jí)的增加，故雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著增大。而少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度主要取決于溫 度，少子濃度具有溫度敏感性。（4）轉(zhuǎn)型P型；在P型半導(dǎo)體中摻在N型半導(dǎo)體中摻入比原有的五價(jià)雜質(zhì)元素更多的三價(jià)雜質(zhì)元素，可轉(zhuǎn)型為 入足夠的五價(jià)雜質(zhì)元素，可轉(zhuǎn)型為N型。(5)半導(dǎo)體的兩種導(dǎo)電機(jī)理漂移和擴(kuò)散載流子在外電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)，

7、所形成的電流稱為漂移電流。漂移電流的密度為:Jt = Jpt + Jnt = q (p 心 p + n 心 n ) E 0c E式中，p、n分別為空穴和電子的濃度；q是電子電荷量；心、心n分別為空穴和電子的遷移率(遷移率影響半導(dǎo)體器件的工作頻率)；E為外加電場(chǎng)強(qiáng)度。因濃度差而引起的載流子的定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。電子和空n(x式中，Dn、Dpd卻Dn電主 dx3、PN 結(jié)dx(1) PN結(jié)的形成穴的擴(kuò)散電流密度分別為:Mt)散系數(shù)；Jpd =dn (qDPd(X)dp(XM獺 分別為電子和空穴的濃度梯度。dx將一種雜質(zhì)半導(dǎo)體(N型或P型)通過(guò)局部轉(zhuǎn)型，使之分成N型和P型

8、兩個(gè)部分，在交界面處出現(xiàn)了載流子的濃度差，導(dǎo)致多子互相擴(kuò)散，從而形成了PN結(jié)，其過(guò)程如下:載流子濃度差 -多子擴(kuò)散 -電中性被破壞 -空間電荷區(qū)(內(nèi)電場(chǎng))- 阻礙多子擴(kuò)散當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)-形成一定厚度的 PN結(jié)。利于少子漂移如圖1.2所示。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?P區(qū)空間電荷區(qū)正偏時(shí)，外電場(chǎng)削弱自用歲日p心維親O- 9 . 0 a 工 、于擴(kuò)散，不利于少子漂移，由多子擴(kuò)散形成的大的正向電流。反偏時(shí)，外電場(chǎng)增弓移形成很小的反向電流。PN結(jié)的擊穿特性PN,浮幽，學(xué)店所誕.1：修子擴(kuò)散，但利于少子漂移，由少子漂當(dāng)加在PN結(jié)上的反偏壓超過(guò)一定他跳場(chǎng)刖電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿。按擊穿

9、機(jī)理的不同，擊穿可分為齊納擊穿和雪崩擊窗兩種。齊納 囪 1.2 PN具有負(fù)的溫度系數(shù)；雪崩擊穿發(fā)生于輕摻雜的餡翻于呻雜的PN結(jié)中，擊穿電壓較低(1V 后,曲線幾乎不再移動(dòng)。因此，在工程分析時(shí)，近似認(rèn)為輸入特性曲線是一條不隨Vce而移動(dòng)的曲線。ic/mA *60年示。整個(gè)曲線族可劃分1.11 (VC輸出特性80 (a)共射輸入特性曲線EVC(2)矍斤ic = f (Vce)圖 1.11B 一定 放犬區(qū)二JTIE偏、Jc反偏ic王要受iB的控制，由飽4大40 uA區(qū)為四個(gè)I極部.” a , iB= ICBO i b=20 p, A / 也時(shí)，ic碎有播2口。04線0&解呈度嘴以利電壓I恒寬函邛制效

10、應(yīng)的影響，幕6810Va譚大/J2有營(yíng)pii B vce/V，定，而Vce增大 截止區(qū)：Je、Jc均反偏。iB = ICBO的那條曲線與橫軸間的區(qū)感土區(qū)VBR( CEO)iB 0, iC 弋& 飽和區(qū)：Je、Jc均正偏。對(duì)應(yīng)于不同iB的輸出特性曲線幾乎重合，ic不受iB控制，只隨Vce增大而增大。 擊穿區(qū)：隨著 Vce增大，Jc的反偏壓增大。當(dāng) Vce增大到一定值時(shí)，Jc反向擊穿，造成ic劇增。集電極 反向擊穿電壓 Vbr(ceo)隨iB的增大而減小。4、主要參數(shù)(1)直流參數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)a T共射極直流電流放大系數(shù)B ；祗間反向電流Icbo、IcEO。(2)交流參數(shù)共基極交流電流放

11、大系數(shù)a ；共射極交流電流放大系數(shù)B ；共基極截止頻率fo；共射極截止頻率fe；特征頻率k。(3)極限參數(shù)集電極最大允許電流Icm ；集電極最大允許耗散功率Pcm ；擊穿電壓 Vbr(ceo)、Vbr(CBO)、Vbr(ebo)。通常將 Icm、Pcm、Vbr(ceo) 三個(gè)參數(shù)所限定的區(qū)域稱為三極管的安全工作區(qū)。(4)溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響嚴(yán)格來(lái)講，溫度對(duì)三極管的所有參數(shù)幾乎都有影響，但受影響最大的是B、Icbo、Vbe。溫度每升高1oC , 0值增大0.5%1% ;溫度每升高1C, Vbe減小(22.5) mV;溫度每升高 10C, Icbo 約增大一倍，即Icbo(T2)= Icbo(T

12、i) X *一71)/105、電路模型(1)放大狀態(tài)下三極管的模型數(shù)學(xué)模型ic-IS(evBE/VT-1)(15)其中Is =Tebs, Is是指發(fā)射極反向飽和電流Iebs轉(zhuǎn)化到集電極上的電流值。直流簡(jiǎn)化電路模型如圖1.12所示。圖中，VBE(on)稱為發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓。0.7V (硅管)VBE(on)=11 0.2 0.3V (錯(cuò)管)如圖1.13所示。rce= 1VAi /ICQ(b)高頻電路模型(1 9)(1 7)rbb為基區(qū)體電阻，其值較小，約幾十歐姆，常忽略不計(jì)。(2)飽和與截止?fàn)顟B(tài)下三極管的模型如圖1.14所示。 TOC o 1-5 h z IBICb c 1r c. c,(a+飽和狀

13、殺+VBEVBE(on) QVcE(sat) VCE1.14圖Vce|利稱為稱內(nèi)三極管的瞥口壓降1.1.4 場(chǎng)效應(yīng)管(e=ET)晶體場(chǎng)效應(yīng)管又稱為單極型晶體管，它是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的半導(dǎo)體器件，具有輸入阻抗 高、溫度穩(wěn)定性好、噪聲低、抗輻射能力強(qiáng)、集成度高、成本低等特點(diǎn)，因此已成為當(dāng)今集成電路的主流 器件場(chǎng)效應(yīng)管的分類及符號(hào)見圖1.15所示。1、分類、符號(hào)、特性曲線各種場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線如圖JFETMOSFET iD/mAN溝道iD/mA 增強(qiáng)型結(jié)型a)轉(zhuǎn)移特性耗盡型增強(qiáng)型(b)輸出特性NJ砌2、放大惦d下號(hào)(1)數(shù)4模型/I DSNJ迤道N溝道N溝道，一,下溝道6各種場(chǎng)效應(yīng)管的特性

14、曲談N溝道GS(th)OSFETSVGS/VssG 2一 BG24S*ff)301-23G- 410-12一. I 3 (11浮 N S比，它是場(chǎng)效應(yīng)管的一項(xiàng)重要參數(shù)。 增強(qiáng)型耗盡罌/“CoxW 022為自由電子遷際,2Cox 1GSSVS胸柵極 620增rr耗結(jié)可變(111)溝道寬長(zhǎng)Id如圖1.17所示。圖中，Id與Vgs之間滿足平方律 關(guān)系。注意該圖與圖1.12 (三極管的直流P溝道簡(jiǎn)化電路模型)之間的區(qū)別；Id(Vgs)圖 1.17(3)交流小信號(hào)電路模型如圖1.18所示。i gidg 1. d+(a)低珀感爭(zhēng)莫型+gi 11 V gsvgi中，gm &低頻*n。Vds對(duì) JFET 型

15、,MOSFET :圖 1.18 1i21DSS I DQ -對(duì)增強(qiáng)班 MOSFET :gm一 VGS(off) . Idss:P W一(口 nCoXWrds稱為 輸出電 阻gm2J2IDJds=式中，入=1/Va稱為溝道長(zhǎng)度調(diào)制系數(shù)，通常 人/(入 Idq) .1=(0.005 0.03)V 1。(1 13)(1 14)圖1.15或即管的分類及符號(hào)注意圖1.18圖1.13 (三極管的交流小信號(hào)電路模型)之間的區(qū)別3、主要參數(shù)(1)直流參數(shù)飽和漏極電流I dss： Idss指對(duì)應(yīng)于Vgs=0時(shí)的漏極電流。夾斷電壓VGS(off)：當(dāng)柵源電壓VGS=VGS(of)時(shí)，后=0。以上兩參數(shù)僅適用于結(jié)型

16、場(chǎng)效應(yīng)管和耗進(jìn)型MOSFET開啟電壓VGS(th)：當(dāng)VGsVGs(th)時(shí)，管子才形成導(dǎo)電溝道。該參數(shù)僅適用于增強(qiáng)型MOSFET直流輸入電阻Rgs：指在漏源之間短路的條件下，柵源之間加一定電壓時(shí)的柵源直流電阻。對(duì)JFET, Rgs在 1081012Q 之間；對(duì) MOSFET , Rgs在 101O1015Q 之間。(2)極限參數(shù)柵源擊穿電壓 V(BR)GSO漏源擊穿電壓V(BR)DSO最大耗散功率 PdmPdm = IdVds(3)交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gmDg m= (mA/V)(115)gm的大小反映了柵源電壓VGGS寸褊較電流iD的控制能力。gm可以從轉(zhuǎn)移特性或輸出特性中求得(見式(112)

17、及式(1 13)。輸出電阻is,iD隨vds的改變很小,(1 16)故rds很大(幾rds說(shuō)明了 vds對(duì)iD的影響它在哪汰 (放大區(qū)) 卜千歐幾兆歐)。iD Vdsq4、場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)的判斷(1)截止?fàn)顟B(tài)的判斷截止條件：N溝道管：VGSVGS(th)(或VgsVGS(th)(或 VgS V GS(off)(2)非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))與飽和區(qū)(放大區(qū))的判斷若IVdsVgs VGS(th)I ,則場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)；若IVdsNa,故形成N型半導(dǎo)體。且多子 n0 = Nd-Na=51015cm 3(3) T =500 K 時(shí)，ni =AT3%Eg0/2=3.49X1014cm32(T2F/

18、10。因此可算得；Is ( 10C) = 10 9X2 - 10 2710 = 77 ( pA )Is (47C) = 10 9X2(47 27)/10 = 4 (nA)Is (60C) = 10 9X2(60 27)/10= 9.85 (nA)【1-6二極管是非線性元件，它的直流電阻和交流電阻有何區(qū)別？用萬(wàn)用表歐姆擋測(cè)量的二極管電阻屬于 哪一種？為什么用萬(wàn)用表歐姆擋的不同量程測(cè)出的二極管阻值也不同？【解】本題用來(lái)熟悉二極管的直流電阻和交流電阻的概念。二極管的直流電阻 Rd是指二極管兩端所加直流電壓與流過(guò)它的直流電流之比，即： VdRd =Vd/ Id(17)二極管的直流電阻 Rd隨Q點(diǎn)(靜態(tài)

19、 工作點(diǎn))的不同而不同。如題圖 1.1所示。二極管的交流電阻 1是指在Q點(diǎn)附近 電壓變化量 Vd與電流變化量 Id之比，即: rd =AVd/AId，也就是曲線在 Q點(diǎn)處切線斜率 的倒數(shù)。根據(jù)式(12)可求得：iq越大，曲線懈FA越小，反之亦然VtiQd是Q1點(diǎn)處刖漆彳削TkQ6mV同。工軌不同 Iq交流電阻是動(dòng)態(tài)電阻，不能用萬(wàn)用表測(cè)量。用萬(wàn)用表歐姆擋測(cè)出的正、反向電阻是二極管的直流電 阻。用歐姆檔的不同量程去測(cè)量二極管的正向電阻，由于表的內(nèi)阻不同，使測(cè)量時(shí)流過(guò)二極管的電流大小 不同，即 Q點(diǎn)的位置不同，故測(cè)出的Rd值也不同。Vao 值?！?-7】電路如題圖1.2所示，設(shè)二極管為理想的，試判斷

20、圖中各二極管是否導(dǎo)通，并求各電路的 【解】本題用來(lái)熟悉：（1）理想二極管的特點(diǎn)；（2）二極管電路的估算法。+_求解此類Vao斷二極M導(dǎo)通還是截止題目+D1 ，3kQ D23k QVD(oi + V1R1 3kQ o=0。因此，若二極管0,則(a)012VAO(a)DD1拼15V 1kR2D V2D2kQ陽(yáng)極與陰極間電壓3V中，假設(shè)D斷開，則V三V1一 V2 = 6 12 = -1_r r(b)VR4.51 Q L%項(xiàng)二極管導(dǎo)通；若 V18V 0,所以D導(dǎo)通。故得：Vao = V1=15V。圖（c）中，假設(shè) Dr D2均斷開，則 Vd1 = 0-V2 = 0（12）= 12V 0, Vd2 =

21、V1-V2 =15 （12） = 3VV2=5 V時(shí)，D1因反偏而截止，D2因正偏而導(dǎo)通，v=V2 = 5V;當(dāng)VivV懺 2V時(shí)，口1因正偏而導(dǎo)通，D2因反偏而截止，Vo=V1 = 2V;Vo= m。輸出波形如下圖（a）所示。Vi/V .6 5圖當(dāng),-2如上圖（【1-9】題線；Vo/V2(a)b）的二極管單向限幅電路，下限幅電平為ViV 1=2V葉，D囚正，勵(lì)而幫S,已知二極管參數(shù)b)所圖1.4所示電EVo= Vi；若Vi = 5sin 3 t V,試畫出Vo的波形。+2vi X)5.1k。-D2Vo/VVo+0V2=3VV1=3V-3.7Vi/V0 3.7 -3.7Vi/V62V當(dāng) Vi0

22、V D(on)Vo/V6Vi/V .岸3.(b1）試畫出電壓傳輸特性曲=0.7V ,=100 Q,=2V時(shí)，D/囚反例而截止tv=V=2V。輸出波形0 3.7Vo/Vomax t3.70當(dāng)一2VVj3.7V時(shí)，Di因反偏而截止，D2因正偏而導(dǎo)通，此時(shí): TOC o 1-5 h z vi3.7vi3.753.7iVo=ri- 3.7 RD +3.7 D 1 因正偏而3i7（V）D2 因反編ax戢止，此時(shí)3.7 = 3.725VR + Rd5252vi+3.7vi+3.7 5+3.7當(dāng)月 3.7 VW3.7 V 時(shí)，D丁1 3D72V）因反偏My=v0= vi- 3.7 =-3.725VR + R

23、d5252由以上分析可畫出電壓傳輸特性及v。的波形分別如題圖1.4 （b）、（ c）所示?！?-10】 試確定題圖1.5 （a）所示電路中二極管的Vq、Iq。設(shè)Rl分別為1kQ、2 kQ、5.1 kQ ,二極管的特性如題圖1.5 （b）所示。當(dāng)Rl分別為1kQ、2 kQ、5.1 kQ時(shí)，分別將直流負(fù)載線畫在題圖1.5 ( b)上，得：Q1 (Vq1=0.5V , Iq1=250 心 A);Q2 (Vq2=0.45V , Iq1=180 心 A);Q3 (Vq3=0.37V , Iq3=80 心 A)。vs=20sin 3【1-11】題圖1.6 (a)所示電路中，已知二極管參數(shù)VD(on)=0.

24、25V , Rd=7Q, rs=2Q, Vdd=1V ,(mV),試求通過(guò)二極管的電流iD=I DQ + id。VddD50 QRl+Vdd 這是一個(gè)交、直流混合的電路。流過(guò)二極管VD(on)+50Q Rl甄Q本題用來(lái)熟悉二極管電路的交、直流分析方D的電流中，既有直流成分,又有交流成分提供一個(gè)合適的Q點(diǎn)，在曲墩礎(chǔ)上再疊加交流信號(hào)。分析這種電路通?？煞譃殪o態(tài)作用是給二部i d。I DQ R(直流)分析和動(dòng)態(tài)（交流）分析，注意電路交、直流通路的劃分，且先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。令vs=0,由電路的直流通路（二極管用直流簡(jiǎn)化模型代替）題圖 1.6 （b）可得:Vdd - VD（on）1-0.25I dq = =

25、 13.16 mA1.6(c)令Vdd = 0 （Vdd的彘流向阻很小，7+50交流可近似看作短路），由電路的交流通路題圖 極管用小信號(hào)模型代替）可得：V smI dm =20氏 371aA因此DMDQRLid = +(1198+(5+ 0.37 sin 3t ) mAVt26其中rj = =1.98 QIdq 13.16【1-12】已知兩只硅穩(wěn)壓管Dz” Dz2,其穩(wěn)定電壓分別為 Vz1=6V幾種不同的穩(wěn)定電壓值？若將其并聯(lián)，又能獲得幾種不同的穩(wěn)定電壓值？ 【解】本題用來(lái)熟悉硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性。兩只穩(wěn)壓值不同的穩(wěn)壓管串聯(lián)使用，有四種聯(lián)接方式，如題圖VZ2 = 10V,若將它們串聯(lián)使用， 能獲

26、得1.7 (a)所示。因此,DziDZ2KO17 CCDz1-Q+-Q+o+I心、.=Vz1 +VZ2 = %+10 =1VO3= Vdi + VZ2 = 0.7+10VO2題圖1.7儂13壓值：16V=10.7VVO3Dz1=6+0.7 = 6楞2s7 VO4 = VD1+VD2 = 0.7 +0.7 = 1.4VVO4VO2 *1 +VD2兩只腦壓值不同的穩(wěn)壓管并族使用也有四種聯(lián)接方Mr意圖1.7(6)所示VO2 =O+Dz1VO4=V04 = VD= 0.7 Vo+o糜 1.7 (DbZ1濟(jì)脂及總情只有。D林邑VO1 = Vz1 = 6V(DZ2是灌止的)VO3Q +DZ2【1-13在題

27、圖1.8 (a)所示的穩(wěn)壓電路中，要求輸出穩(wěn)定電壓為 圍內(nèi)變化，負(fù)載電流Il在0到15 mA范圍內(nèi)變化，穩(wěn)壓管參數(shù)為7.5V。已知輸入電壓 Vi在15V至ij 25V范1 Zmax =50mA ,I Zmin =5mA , Vz =7.5V,10 Q。試求：(1)所需R值 VO2 0(2)分別計(jì)算 Vi和Il在規(guī)定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化值V01rZ=和ViR C= -1 (a)Il席】本題用IzIl斑姬RL 口 VO圭穩(wěn)米般B1(b)r 1.80內(nèi)基本結(jié)構(gòu)rz/)硅萃、隹管電u白粉析 Vo2(1)圖(a)中的R為限流電阻，為俁證穩(wěn)壓管正常工作,當(dāng)Izmin lz Iz max時(shí)，Dz具有

28、穩(wěn)壓作用即：lz= |-|Lo故R的選擇應(yīng)滿足以下關(guān)系：Vl max - Vz l Lmin 1 Zmax由此可解得：R350 Q R IZ min(取R=350 Q ,并注意到rz Rl)1土 X25- 15)弋 139mV 128 ( c)所示。1 V02 = Il (R/ =士 ( 150) X ( 350 / 10)心士 73mV由上述分析可見，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓變化量很小，電路起到了 穩(wěn)壓作用?！?-14在題圖1.9 (a)所示電路中，已知Vi=200sin w t (V),試畫出 V。的波形。10:1+Vi(a)D1D2以題圖1.9【解】本題用來(lái)熟悉：

29、(1)二極管全波整流電路的結(jié)構(gòu)；(2)二極管整流電路的分析方法。因變壓器匝數(shù)比為 10: 1,所以次級(jí)端電壓為20V,即V2=10sincot Vo當(dāng)V2為正半周且大于等于0.7V時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，Vo= V2-0.7；當(dāng)V2為負(fù)半周且小于等于一0.7V時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止，Vo= V2 - 0.7;當(dāng)一0.7VV2VbVe ;對(duì) PNP 管：Vc Vb857(fonA=-1( 2)若電路中元伴矮邠別作如下變化，試指出晶體三極管(a) RBR=2k的工作狀態(tài),(b) RB1=15kQ , ( c) Re=100Q ?！窘狻勘绢}用來(lái)熟悉：1kPNp型二極管放大電路的靜態(tài)估算法o0.7V,

30、 Icbo0o (1)試求 Ib、Ic、一Vcc-9V(1) Vbb =RB210Rb130k QRc1kQRb = RbiVcc =X (-9)- 2.25VRb1+ Rb230+10匹 Rb2 = 30 II 10 = 7.5 kQ1V田 ) - IVbe onIcte = Ib = 200X 32.5 X 10Vce = Vc+I&RR+RE)衣.250.76-=6.5 mA 32.5 p, A7.5+201 X 0. 2RB210kQRe200Q=9-6.5X( 1+0.2) = 1.2V 即：VcE = 一 1.2V(2)當(dāng)電路史元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，分析結(jié)果如下:(a)當(dāng)RB2=2k

31、 Q 時(shí)，Vbb 弋0.56V,由于 | Vbb Vbi假設(shè) T處在放T應(yīng)工作在飽和狀態(tài)?！?-32在題圖1.20所示電路中，已知三極管rce不計(jì)，彳t號(hào)源 Vs=0.1sin w t V, Rs=10kQT 的 B=100, Vbe( on) = -0.7V, IcQ= 2.17 mA,Vcc = 9V,RB=12.5kQ。設(shè)rbb = 0,試求三極管各極電壓和電流值iBvbe、ic、vce?！窘狻勘绢}用來(lái)熟悉:三極管放大電路中交、直流分量的求法。VsRbiBVCERc2k QRl350 QVbe(1)確定Ibq、Vb豁vceq 這是一個(gè)交、直流混合的電路。三極管的各極電壓和電流 iB、Vb

32、e、ic、Vce中既包括直流分量Ibq、Vbeq、Vceq,也包括交流分量 ib、Vbe、ic、Vce。i B= Ibq+ ibi c= Icq+ icVBE= VbEQ+VbeVCE = VCEQ + Vce因此，求解該電路時(shí)，首先確定三極管各極電壓和電流的 直流分量，然后，再求解其交流分量，最后將二者疊加。Ibq = Icq/B = 21.7 a A ,Vbeq = -0.7V= - 700mVI EQ = I BQ +I CQ Q 2.19 mAVCEQ (2)確定i=Vcc Icq Rc= 9 2.17X2= 4.66V, 即：Vceq = -4.66Vb、Vbe、孱Vce。將題圖1.

33、20中的T用小信號(hào)模型代替，并將 T左端作戴維南等效，得下圖。RsRb12.5Vsm =Vsm= x 100 弋 55.56mVRs = RsRsRR b=10 II 10+12.55.556 k QI cq、OVs 機(jī)= ； i c= p IibVsVbe=ib rbbee =8.23e55.56 X 1 .,-Rl.cSin 3 tR5955(3mPAN 乂 大狀態(tài)，則有：IB56.16aA, Ic 11.23 mA, Vce弋3.35V,而該結(jié)果與假設(shè)不符，因此,(3)求 i b vbe、卜、VcE。iB=lBQ+ib= ( 21.7+8.23 sin cot)心 A,VBE=VBEQ+

34、Vbe= ( 700+9.87 sin w t) mVic=IcQ+ic= (-2.17+0.823 sin w t)mA ,VCE=VCEQ+Vce= (4.66+0.245 sin w t) VB很大,且忽【1-33在題圖1.21所示的平方律運(yùn)算電路中，各管有相同的發(fā)射結(jié)面積，工作在放大區(qū), 略基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，試證：Iw2=Ix2+Iy2?！窘狻勘绢}用來(lái)熟悉：跨導(dǎo)線性環(huán)( TL環(huán))的原理lxTi|wIyT2由圖可知：T1、T5、T3、T4 構(gòu)成一 TL 環(huán)；T2、丁5、丁6、T6 也構(gòu)成一 TL 環(huán)。 因此有：KT3T6lc3 Ic4= Ic1 Ic5, Ic6 l C7= Ic2 Ic

35、5由圖又可知：飛4代?5T7題圖1.21【1-34在題圖1.22所示的電路中,l 3= 12* |4【解】本題用來(lái)熟悉：跨導(dǎo)線性環(huán)(若各管TL環(huán))lx-1c3lc6IC4lc7Iw=I C1+ Ic2=Ic5聯(lián)立上述方程可證得：Iw2=Ix2+Iy2B相等，試證：不論 B為何值，四個(gè)電流之間的關(guān)系為:的原理。由圖可知：Ti、T2、T3、T4構(gòu)成一 TL環(huán)，因此有:I1X整理得：題圖1.22l C1 l C3= l C2 l C4由圖又可知：l C1 = l1 - IB1 - IB2 , IC2 = l 2|C3= l 3,Ic4=| 4 Ib3 l B4將式代入式并整理得：l 1I3 (IB1

36、+ lB2) l3= l 2I4 (l B3+ lB4)l2由式，并考慮到各管的B相等，可得：B Ib1 = 11 1 B1 H B , B 1 B4= I4 _ l3/ B 1 B4B l1 |2 l B1=J SIE將式代入式并整理得 【1-35】場(chǎng)效應(yīng)管白條描足必l B1+ Ib2 =曲線如題圖3 l 1 l2 l 2 I1 + I2+=13(1 +231+ BI3+I4臨31+1國(guó)mB rrh；,可見不咕 f 為何值,總有：p (1+ 3 )1 +1.23肝示，法判斷場(chǎng)效應(yīng)管的類型，畫出相應(yīng)器件的符l1l 3 =l 2I4。號(hào)，確定VGS(th)或VGS(of),并在圖上畫出飽和區(qū)和非

37、飽和區(qū)的分界線，寫出相應(yīng)的表示式。l D/mA k4Vgs=3VlD/mA。題圖1423Vgs=3.5V【解】?jī)z女甲來(lái)熟悉：et的分類、符號(hào)、特性曲線。圖(a)z：對(duì)于EMV函0可判斷為N溝道器件；從VGS(th)2V |d=0時(shí)的Vgs值,即:圖1bK A Vds0判斷為N溝道器件；從 Vgs取值正、負(fù)、零都有，判斷為耗盡型 MOS管。對(duì)于 NDMOS 管，VGS（of）是 Id=0 時(shí)的 Vgs值，即：Vgs.） =1.5V。符號(hào)略。圖（c）:從Vds I VgsVGS（th）I的條件。所以，只要證明當(dāng)Rs變化時(shí)，可以保證I VgsVGS(th),便可證明FET始終處在飽和區(qū)。VGSD =

38、 = 1Vdd I -(VgRS-VGS(th)2=0.04(VGS VGS(th)2 m砥 2l將式代入式得：VGS =10 一 0.04(VGSVGS(th) Rs (V)由式可知：當(dāng)rs=0 時(shí)，1 Vgs I =10 V VGS(th)；RsT f由式可求得：Vgs=4.36V,取 Vgs= 4.36V,則有:Vo= Vdd Vgs= 10 ( 4.36) =-5.64 V【1-39】題圖1.27所示電路中，已知各管的長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)忽略不計(jì) 【解】本題用來(lái)熟悉：試分別求出溝道寬度I DQ=0.1mA , VGS(th) =2V , 心 nCox =20 a A/V 2, l=10 a m

39、,設(shè)溝道W1、W2、W3o+VDD +10VT3【1-40T227溝明曾強(qiáng)型Vds=及放1） MOS管Id的表達(dá)式；（2）場(chǎng)效應(yīng)管電路的分析估算。由于各管的 Vds=Vgs ,滿足 Vds VgsVGS（th）的條件，因此，各管都工作在飽和 區(qū)。由圖可知：vgs1 = V1=3V , Vgs2=V2 V1=4V , Vgs3=Vdd V2=3V ,所以有：“Cox W12 0.02 W12Id1= (VGS1 VGS(th)2= 太(3 2)2=0.001 W1(mA)21120a nCox W22 0.02 W22ID2 = a nCox W3 (VGS1VGS(th)2=102 W3 X

40、(4 2)2 =0.004 W2(mA)而D3=ID1=2ID2= ID(VGsDQ=VGsmA),=W0基 X (3- 2) =0.001 W1(mA) 21320W1= W3=100 a m , W2=25 叱 m。MOSFET 的”=1000cm2/V - s, Cox =3X10 8F/cm2, W/l =1/1.47, Va =200v，工作在飽和區(qū)。試求：（1）漏極電流Idq分別為1 mA、10mA時(shí)相應(yīng)的跨導(dǎo)gm、輸出電阻 叱 T1 1 o （2）當(dāng)Vds增加10%時(shí)，Idq相應(yīng)為何值。（3）畫出小信號(hào)電路模型?！窘狻勘绢}用來(lái)熟悉：（1） MOS管的小信號(hào)電路模型；（2） MOS

41、管動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算。社 nCoxW（1）gm2 Idq由上述關(guān)系式話得出計(jì)算結(jié)果如下:rds= . IdqlDQ/mAgm/mSrdJkQg10.220040100.642012.78(2)因?yàn)椋篸人=5 X 10 3|VaVds =(1+10%) Vds=11VIdq1+入 Vds所以凸=dq=1 mA 日=1.005 (3)力端號(hào)1+小IV枷右上圖。【1-41】題圖1.28所示電路中,+1.005 mA ;當(dāng)緣=1。mA gDQvgs =注意與BJT的小信號(hào)電路模型相比較 已知 EMOSFET 的心 nCox W/(2l)=20 心+0r05 mAs。一AN 2, WGS(th) =- 1.

42、5V溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)忽略不計(jì)。試求出 Idq、Vgsq、gm、rds值【解】本題用來(lái)熟悉：（1） FET電路的靜態(tài)估算法；（2） MOS管動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算。T2Vdsq=Vdd-(-Idq) (Rs + Rd)= 10+0.37 X (10+1)= 5.93V驗(yàn)遢圖述為新結(jié)果，滿足| Vgs VGS（th） I, IVds gs Vgs（一飽和區(qū)的條件，故假設(shè)成立。-nCoxW11-4231雙電據(jù)供電的21W=40 ii m, l=10 心 m,心 nCox =200 p. A/V 25 VGS(th) =2V, Rs值。11NDQ勾道0EMmSFET電路如題圖r1s：29JD,口口的設(shè)人=0,

43、要求I d=0.4 mA , Vd = 1V ,試確定 Rd、【解】本題用來(lái)熟悉：FET電路的靜態(tài)估算法。+Vdd由圖可知：j(+5V)Vd=Vdd _ 1 dRd 代入數(shù)據(jù)解得：Rd=10 kQRd |JpD而：Vli nCox W2 0.2X 4022i門TftDTW|pWVGSvGSc1=t3V = VGS；舍i) =0.4(Vgs- 2) mA_1 T. J圖可知：i近題辱l49VGS+?dRs+Vss=0代入數(shù)據(jù)解得：Rs=5 kQ1 d=1 mA ,【1-43】一 N溝道EMOSFET組成的電路如題圖1.30所示，要求場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)，且Vdsq=6VVSSf灰5V子的參數(shù)為1

44、 nCox W/(2l)=0.25mA/V 2, Vgs) =2V ,設(shè)人=0,試設(shè)計(jì)該電路【解】 本題用來(lái)熟悉：FET放大電路電路的靜態(tài)設(shè)置。.+Vdd +20V rgi qRD n|jD1仁tRG2 |Rs I |11 nCox W22由j訥就可解卵(嬤1=V濯th)VGi0=05/ VGI去2) mA 選|Rg1=1.2 MQ, Vg=8V,計(jì)算電路中其他元件的參數(shù)。I而電路要求Id=1 mARgi由 Vg =Vdd可解得：Rgi=0.8 M QRg1 + Rgi由 Vgs =Vg-Vs= 4V ; Vg=8V ,得：Vs= 4V從而可確定：Rs=Vs/Id= 4 kQ由 Vdsq =V

45、dd _ Id (Rs+Rd) 可確定：【1-44】設(shè)計(jì)題圖1.31所示的電路，要求Rd= 6 kQP溝道EMOsFET工作在飽和區(qū)，且 Id=0.5 mAVd=3V,已知ii nCox W/(2l)=0.5mA/V 2,【解】本題用來(lái)熟悉：FETVGs(th) = - 1V=0oRg12M QIgTRg2Rd題圖1.31+Vss +5V放大電路電路的靜態(tài)設(shè)置。由圖可知：Vd= IdRd 故解得：Rd=Vd/Id=3/ 0.5=6 kQ由以下兩式：, a nCox W22Id=(VgsVGs(th) =0.5 (Vgs+1)mA磕硒=0.VmA= _2V; Vgs2=0V (舍去)由以下兩式：Rg2Vg