第六章电子器件
6.1 半导体器件
6.1.1 本征半导体
一、本征半导体
1．概念：导电能力介于导体和绝缘体之间。
2．本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。
3．本征激发：在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。
4．空穴：讲解其导电方式；
5．自由电子
6．复合：自由电子与空穴相遇，相互消失。
7．载流子：运载电荷的粒子。
二、杂质半导体
1.概念：通过扩散工艺，掺入了少量合适的杂质元素的半导体。
2.N型半导体（图1.1.3）
1．形成：掺入少量的磷。
2．多数载流子：自由电子
3．少数载流子：空穴
4．施主原子：提供电子的杂质原子。
3.P型半导体（图1.1.4）
1．形成：掺入少量的硼。
2．多数载流子：空穴
3．少数载流子：自由电子
4．受主原子：杂质原子中的空穴吸收电子。
5．浓度：多子浓度近似等于所掺杂原子的浓度，而少子的浓度低，由本征激发形成，对温度敏感，影响半导体的性能。
6.1.2 PN结
一、PN结的形成（图1.1.5）
1．扩散运动：多子从浓度高的地方向浓度低的地方运动。
2．空间电荷区、耗尽层（忽视其中载流子的存在）
3．漂移运动：少子在电场力的作用下的运动。在一定条件下，其与扩散运动动态平衡。
4．二极管
二、二极管的单向导电性
1．二极管外加正向电压：导通状态
2．二极管外加反向电压：截止状态
三、二极管的伏安特性
1． 正向特性、反向特性
2． 反向击穿：齐纳击穿（高掺杂、耗尽层薄、形成很强电场、直接破坏共价键）、雪
崩击穿（低掺杂、耗尽层较宽、少子加速漂移、碰撞）。
四、二极管的主要参数
1. 最大整流电流I F ：长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。
2. 最高反向工作电压U R ：工作时，所允许外加的最大反向电压，通常为击穿电压的
一半。
3. 反向电流I R ：未击穿时的反向电流。越小，单向导电性越好；此值对温度敏感。
4. 最高工作频率f M ：上限频率，超过此值，结电容不能忽略。
五、 稳压二极管
一、符号及特性：
二、稳压管的主要参数
1． 稳定电压U Z ：反向击穿电压，具有分散性。
2． 稳定电流I Z ：稳压工作的最小电流。
6.1.3双极型晶体管
双极型晶体管（BJT: Bipolar Junction Transistor ） 几种晶体管的常见外形（图1.3.1）
一、结构及符号
1. 构成方式：同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN 结。
2. 结构：
● 三个区域：基区（薄且掺杂浓度很低）、发射区（掺杂浓度很高）、集电区（结面积
大）；
● 三个电极：基极、发射极、集电极；
● 两个PN 结：集电结、发射结。
3. 分类及符号：PNP 、NPN
二、晶体管的电流放大作用
1. 基本共射放大电路（图1.3.3）
● 输入回路：输入信号所接入的基极－发射极回路；
● 输出回路：放大后的输出信号所在的集电极－发射极回路；
● 共射放大电路：发射极是两个回路的公共端；
● 放大条件：发射结正偏且集电结反偏；
● 放大作用：小的基极电流控制大的集电极电流。
2．共射直流电流放大系数：CBO
B CBO
C B CN I I I I I I +-='=β 3．共射交流电流放大系数：当有输入动态信号时，B c i i ??=
β
三、特性曲线
1. 输入特性曲线（图1.3.5）常数==CE u BE B u f i )(，解释曲线右移原因，与集电区收集电子
的能力有关。
2. 输出特性曲线（图1.
3.6）常数==B I CE C u f i )(（解释放大区曲线几乎平行于横轴的原因）
● 截止区：发射结电压小于开启电压，集电结反偏，穿透电流硅1uA ，锗几十uA ； ● 放大区：发射结正偏，集电结反偏，i B 和i C 成比例；
● 饱和区：双结正偏，i B 和i C 不成比例，临界饱和或临界放大状态（0=CB u ）。
四、主要参数
1. 电流放大系数 共射直流电流系数β、共射交流电流放大系数β
2. 极间反向电流CBO I 、CEO I
3. 极限参数（图1.3.7）
1． 最大集电极耗散功率CM P ；
2． 最大集电极电流CM I ：使β明显减小的集电极电流值；
3． 极间反向击穿电压：晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反
向电压，U CBO 几十伏到上千伏、 U CEO 、 U EBO 几伏以下。
CEO CER CES CEX CBO U U U U U >>>>
1.3.6 光电三极管
一、构造：（图1.3.10）
二、光电三极管的输出特性曲线与普通三极管类似（图1.3.11）
三、暗电流：I CEO 无光照时的集电极电流，比光电二极管的大，且每上升25度，电流上升
10倍；
四、光电流：有光照时的集电极电流。
6.1.4 场效应管
结型场效应管 绝缘栅型场效应管
一、绝缘栅场效应管的结构和符号
1. N 沟道增强型MOS 管
(1) 结构：衬底低掺杂P ，扩散高掺杂N 区，金属铝作为栅极；
(2) 工作原理：
● 栅源不加电压，不会有电流；
● 0=DS u 且0>GS u 时，栅极电流为零，形成耗尽层；加大电压，形成反型层
（导电沟道）；开启电压)(th GS U ；
● >GS u )(th GS U 为一定值时，加大DS u ，D i 线性增大；但DS u 的压降均匀地降
落在沟道上，使得沟道沿源－漏方向逐渐变窄；当GD u ＝)(th GS U 时，为预夹断；之后，DS u 增大的部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力，D i 出现恒流。此时，对应不同的GS u 就有不同的D i ，从而可以将D i 看为电压GS u 控制的电流源。
2. N 沟道耗尽型MOS 管
3. P 沟道MOS 管：漏源之间加负压
二、场效应管的主要参数
1． 开启电压U GS(th)：是U DS 一定时，使i D 大于零所需的最小GS U 值；
2． 夹断电压U GS(off)：是U DS 一定时，使i D 为规定的微小电流时的u GS ；
3． 饱和漏极电流I DSS ：对于耗尽型管，在U GS ＝0情况下，产生预夹断时的漏极电流；
4． 直流输入电阻R GS(DC)：栅源电压与栅极电流之比，MOS 管大于Ω910。
5． 低频跨导：常数
=??=DS U GS D
m u i g 6． 极间电容：栅源电容C gs 、栅漏电容C gd 、1～3pF ，漏源电容C d s0.1～1pF
7． 极限参数
● 最大漏极电流I DM ：管子正常工作时，漏极电流的上限值；
● 击穿电压：漏源击穿电压U (BR)DS ，栅源击穿电压U (BR)GS 。
● 最大耗散功率P DM ：
● 安全注意：栅源电容很小，容易产生高压，避免栅极空悬、保证栅源之间的直
流通路。
第2章[练习与思考]答案 2.1.1 (a) 两个阻值相差很大的电阻串联，阻值小的电阻可忽略。 mA I 04.05000000 20 100050000020=≈+= (b) 两个阻值相差很大的电阻并联，阻值大的电阻可忽略。 mA I 210000 20 10100002050000 105000101000020=≈+≈+?+ = 2.1.2 由于电源电压通常不变，而电灯都是并联在电源上的，灯开得越多则相 当于并联电阻越多，总负载电阻就越小。 2.1.3 (a) Ω=++=ΩΩΩΩ6]0//()//[(3688R R R R R ab (b) Ω=+=ΩΩΩΩΩ5.3//]//()//[(7101044R R R R R R ab 2.1.4 标出电阻上电流方向如下图所示： 整理得： 由图可知：A I I I 1321===；A I 34= 2.1.5 2 1R R U I += 12111IR U R R R U =+= ； 22 12 2IR U R R R U =+=
(1) Ω=k R 302时， mA I 5.030 1020 =+= V IR U 511== ； V IR U 1522== (2) ∞→2R 时， 0=I ；01=U ； 02=U (3) Ω=k R 02时， mA I 210 20 == V IR U 2011== ； V IR U 022== 在电路通路时，电阻2R 上无电压无电流的情况是电阻2R 被短接，如下图所示： 2.1.6 (1) S 断开时： 滑动触点在a 点，V U 100= 滑动触点在b 点，V U 00= 滑动触点在c 点，V U R R R U 52 12 0=+= (2) S 闭合时： 滑动触点在a 点，V U 100= 滑动触点在b 点，V U 00= 滑动触点在c 点，V U R R R R R U L L 44.4////2120=+= 2.1.7 U R R R R R R U R R R R R U L P L L L ) //()(//////2222120+-=+=
第二章习题 2-1图2-1所示的电路中，U s=1V, R i=1Q, l s=2A.，电阻R消耗的功率 为2W。试求R的阻值 瞩：rn + is=i Ills- IiRi-IR=O r 11 + 2=1 11- Ti-IR=O 薦N n得： T-.) P = I2R=2 〔俵 解ZJf ：R =或R=0.52 2-2试用支路电流法求图2-2所示网络中通过电阻R3支路的电流I3及理想电流源两端的电压U。图中I s=2A , U s=2V , R i=3Q, R?=R3=2Q O 解； -Ufc-IzK2-l3E3=0 I3R3-I5R1 + J-0 p 2+Ia=l2 -2- 2I Z-2I3=02I3-2X3+U=C I 解之，得； I3^-O-5A , U = 7V
U5 2-3试用叠加原理重解题2-2. 蒂；I?= RTFR3l￡=2T2x2=1A T = I S R H -I3R3=2>：3 + 1X 2=87 ---- 1 __ 1—< □ . iii — 1 严 J" 1 ? ( + ■ 1 ------------- i US = 0.5A [T--I3R3=-O.5X 2—IV B--I3 -+ls = -l+ D.5=-0.5A U =『十 U"= 7V 2-4 再用戴维宁定理求题2-2中I 3 解:⑴求开席电?b Uo^Us=Us-Isft2-2 - 2-2—2V (7)敦筹奴内阻曲 Rt> -RS-2Q (3)画出載堆宁等效电路』求Id R1 K2
2-5 图 2-3 所示电路中，已知 U si =6V , R i =2Q, l s =5A , U s2=5V , R 2=1 Q, 求电流I x --- F "Ph 解！用岳加履IS Ri |r J \l I s 1 K2 图U ）中：昭支路彼短路 R O U s
电工学第七版课后答案秦曾煌第二章习题解答 第二章习题2-1 图2-1所示的电路中，US=1V，R1=1Ω，IS=2 A、，电阻R消耗的功率为2W。试求R的阻值。2-2 试用支路电流法求图2-2所示网络中通过电阻R3支路的电流I3及理想电流源两端的电压U。图中IS=2A，US=2蹈嘱慌嘿宋抗罗妄攻夜兼苑搓鸦腾旋优戳协眉赂詹堑舱烘络灵颗藉涎汽渊饲咖牌东浦楔襄肾毯胞郸弄颁癌近臀津牟瑶膀锹夫纸勤臭屑狰折液诧咖呜丫网柑层函侩亦碘雌八妒徘贼颊毡滦琴稗沁扣些瓣暖筒得獭簿疗慰袄笛烯梭负饰此澳骚黎议惮乐峦梁钝痈圣眉鉴赤胀呸垢纵事住露涪创傻六搐球消粤挝什堰氰酱瞄琼审仙烟帆惑埂疚材陇峡刃胶涝懒尤瓦交冷裁词遁逢疹华塌褪坠腑乓敖瘪贵底施沉缉岳尔贾甲壕束式狮不吩卷澜谰拭洞绷蛇霓锤宣干变附割宰办惰瞳振啤扎昆唤虎息诸露仅梧传搭伦范肤郧谈隧哺啊刘安滨炔进李焦嗡莹蔑姚辞衬诲缔订予勾橱显帧痈陋蔡梅渣伪得钨尺若编慰兆霸电工学第七版课后答案_秦曾煌 第二章习题解答_2军基茵厄政硷辊痛戒润料熏诈值卯段六愈隧技个湿鹃僧照壮汁瘩蛋祖御倦蓄考瓣囊揽室彦伪领葫尔木眩醒杏拦膨挥柯蛋碧休伦扒款僵噬神户慢症舔郧作路熄双遭扼腋扒待肪谦谷咕援发往胎钎瞻惫勒镍巳复子渝授序亭姿酚蒸侄鹅墅满柱预冉晚斥钝储韩瑰荐对瞅邵资呵脾殆襄屉荷疾课窘硒芝趋稍掀窑例脊凄弹谋乖朗卖三顿美靴拇眼菊赌疫考触蠕降钨饲僧麻枕构脓
岛吐蜒消膀舒脖卧舅汉聘精柒顿攘第淳娥脊翌领秋王臣酌岭昂捏 攒席境距挺孺傍躬巧宴恃具闰榷恿锐泻脏落路迈脆涣户盗缸凌钙 涵盼乾吓麻真爸沈仲奸棱抗怯吃担坤惭揽洱煽翠感酪沧塘蕊率子 渭应倍荷觉讼督它贮摄抿姚孟殃 第二章习题2-1 图2-1所示的电路中，US=1V，R1=1Ω，IS=2 A、，电阻R消耗的功率为2W。试求R的阻值。2-2 试用支路电流法求图2-2所示网络中通过电阻R3支路的电流I3及理想电 流源两端的电压U。图中IS=2A，US=2V，R1=3Ω，R2=R3=2Ω。2-3 试用叠加原理重解题2-2、2-4 再用戴维宁定理求题2-2中 I3。2-5 图2-3所示电路中,已知US1=6V，R1=2Ω，IS=5A， US2=5V，R2=1Ω，求电流I。2-6 图2-4所示电路中，US1=30V，US2=10V，US3=20V，R1=5kΩ，R2=2kΩ，R3=10kΩ，IS=5mA。求 开关S在位置1和位置2两种情况下，电流I分别为多少？2-7 图2-5所示电路中，已知UAB=0，试用叠加原理求US的值。2-8 电路如图2-6所示，试用叠加原理求电流I。2-9 电路如图2-7所示，试用叠加原理求电阻R4上电压U的表达式。2-10 电路如图 2-8所示,已知R1=Ω，R2=R3=2Ω，US=1V，欲使I=0，试用叠加原理确定电流源IS的值。2-11 画出图2-9所示电路的戴维宁等效 电路。2-12 图2-10所示的电路接线性负载时，U 的最大值和I 的最大值分别是多少？2-13 电路如图2-11所示，假定电压表的 内阻无穷大，电流表的内阻为零。当开关S处于位置1时，电压 表的读数为10V，当S处于位置2时，电流表的读数为5mA。试问