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第一章 半导体器件1-1 当T=300K 时，锗和硅二极管的反向饱和电流I S 分别为1A μ和pA 。
如将此两个二极管串联起来，有1μA 的正向电流流过，试问它们的结电压各为多少？ 解：二极管正偏时，TD U U S eI I ≈ ， ST D I I lnU U ≈ 对于硅管：mV 6.179A1mA1ln mV 26U D =μ≈ 对于锗管：mV 8.556pA5.0mA1ln mV 26U D =≈1-2 室温27C 时，某硅二极管的反向饱和电流I S =。
（1）当二极管正偏压为时，二极管的正向电流为多少？（2）当温度升至67C 或降至10C -时，分别计算二极管的反向饱和电流。
此时，如保持（1）中的正向电流不变，则二极管的正偏压应为多少？ 解：（1）mA 2.7e 101.0eI I mA26mA 65012U U S TD =⨯⨯=≈-（2）当温度每上升10℃时，S I 增加1倍，则pA107.72101.02)27(I )10(I pA6.12101.02)27(I )67(I 37.312102710SS 412102767S S -------⨯=⨯⨯=⨯=-=⨯⨯=⨯=T=300k(即27℃)，30026q K mA 26300qKq KT )27(U T ==⨯==即则67℃时，mA7.716pA 107.7mA2.7ln 8.22U ,C 10mA7.655pA6.1mA 2.7ln 5.29U ,C 67mV8.2226330026)10(U mV 5.2934030026)67(U 3D D T T =⨯=-===⨯=-=⨯=-时时1-3 二极管电路如图P1-3（a ）所示，二极管伏安特性如图P1-3（b ）所示。
已知电源电压为6V ，二极管压降为伏。
试求： （1）流过二极管的直流电流；（2）二极管的直流电阻D R 和交流电阻D r 。
解：（1）mA 53100V7.06I D =Ω-=（2）Ω===Ω==49.0mA 53mA 26I mA 26r 2.13mA53V7.0R D D D1-4 当T=300K 时，硅二极管的正向电压为，正向电流为1mA ，试计算正向电压加至时正向电流为多少？ 解：mA26mA 800SmA26mA 700SU U S e II e I 1mA eI I TD ⨯=⨯=≈则 mA 35.1e I TU 100=≈1-5 双极型晶体管可以等效为二只背靠背的二极管，如图P1-5所示。
学习情境5 汽车模拟电路【学习目标】1.掌握二极管的工作特性及其常见电路，比如钳位电路、限幅电路和整流电路；2.掌握晶体管的工作特性及其基本放大电路；3.掌握晶体管的开关作用；4.掌握特殊的二极管和晶体管；5.掌握二极管和晶体管在汽车上的应用。
【项目描述】二极管和晶体管是汽车模拟电路的主要器件。
学习情境5主要讲述了二极管的工作原理及其常见电路；晶体管的工作原理及其基本放大电路。
它们以体积小、质量小、功耗小、寿命长、可靠性高等优点在近年获得了迅速发展，它们在汽车上应用广泛。
二极管和晶体管也是数字电路的主要器件，所以认识二极管和晶体管非常重要。
任务5.1 认知二极管5.1.1 半导体基本知识1 P型与N型半导体在物理学中，按照材料的导电能力，可以把材料分为导体与绝缘体。
衡量导电能力的一个重要指标是电阻率，导体的电阻率小于10-6Ωcm，绝缘体的电阻率大于106Ωcm，介于导体与绝缘体之间的物质被称为半导体。
在电子技术中，常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）和化合物半导体, 如砷化镓（GaAs）等，目前最常用的半导体材料是硅。
目前半导体工业中使用的材料是完全纯净、结构完整的半导体材料，这种材料称为本征半导体。
当然，绝对纯净的物质实际上是不存在的。
半导体材料通常要求纯度达到99.999999％，而且绝大多数半导体的原子排列十分整齐，呈晶体结构。
本征硅原子最外层有四个电子，其受原子核的束缚力最小，称为价电子，如图5-1所示。
晶体的结构是三维的，在晶体结构中，原子之间的距离非常的近，每个硅原子的最外层价电子不仅受到自身原子核的吸引，同时也受到相邻原子核的吸引，使得其为两个原子核共有，形成共有电子对，称为共价键结构。
在热力学温度零度（即T＝0 K，约为-273.15℃）时，所有价电子被不能导电。
在本征半导体中掺入五价元素磷。
由于掺入杂质比例很小，不会破坏原来的晶体结构。
掺入的磷原子取代了某些位置上的硅原子，如图5-2所示。
第 页 共 页《模拟电路》课程试题一、电路如图1所示,已知u i =3sinωt,二极管导通压降U D =0.6V ,画出u i 对应的u O 波形.(u i 波形自绘,简要写明解题过程)(8分).+_+_u iO 图1二、用万用表电压档测电路中三极管各电极对地电位如图2所示,判断三极管处于哪种工作情况.说明原因.(9分)+4V+4V+3.5V−6V−18V−12V图2(a)(b)(c)三、电路如图3所示，T 1～T 5的电流放大系数分别为β1～β5，b-e 间动态电阻分别为r b e1～r b e5，解答下列问题(15分). 1.画出电路的交流通路.2.简述图中虚线所示电路名称与作用.3.写出u A 、R i 和R o 的表达式。
四、电路如图4所示,解答下列问题(18分)1.合理接上信号源与反馈电阻R f,并使电路输入电阻增大,输出电阻减小.2.若R f=190KΩ,计算合理连线后电路的增益A u.3.简述D1,D2在电路中的作用.如果V CC=12V,R L=8Ω,T1,T2=?管子饱和压降可以忽略不计,估算负载RL所能获得的最大功率P Lmax五、如图5为一运算放大器应用电路A1、A2、A3为理想运放。
电路参数如图。
1.写出v o1~v i之间函数关系式和v o~v o2之间函数关系式。
2.图中v i(t)波形已图6中试在坐标平面中画出与v i(t)所对应v o2 与v o信号波形。
(20分)第页共页第 页 共 页1u u六、电路如图6所示， 稳压管D Z 起稳幅作用，其稳定电压±U Z ＝±6V 。
试估算：(15分)（1）输出电压不失真情况下的有效值； （2）振荡频率。
第 页 共 页七、如图直流稳压电源电路,解答下列问题(15分)1.说明各元件作用,在图中标出运放的同相端与反向端.2.D Z 的稳压为U Z ,估算输出电压U O 范围.3.若U I =24V ,T 1管饱和压降为U CES1≈2V 计算U 2(有效值)与U O 的最大值U Omax.图8《模拟电路》课程试题一、如图1所示电路,二极管导通电压V D =0.7V ,常温下U T =26mV ,电容C 对交流信号可视为短路,u i 为一交流小信号源.计算(8分) 1.求二极管静态工作电流I DQ 以及二极管的直流导通电阻R D . 2.常温下D 的交流电流有效值以及交流等效电阻.第 页 共 页Du二、判断下列放大电路能否完成信号的正常放大作用.说明原因.(10分)12VDD(a)(b)图2三、图3所示放大电路的交流通路中已知g m1=1mS,r be =1KΩ,晶体管β=100.其余参数如图,计算放大电路的A v ,R O ,R i .(10分)第 页 共 页四、如图差动放大电路,已知参数如下,其余参数如图所标.V CC =−V EE =12V ,I =1mA,V BEQ =0.6V ,r be =3KΩβ1=β2=50 求(12分) 1.计算静态V C1电位(图中所标).2.画出电路的交流通路,已知信号输入信号为u i1,u i2,写出共模与差模信号表达式,该电路抑制的是那个分量?3.共模抑制比K CMR =?图4五、如图5所示电路,元件参数如图,解答以下问题(15分)1.如果使电路的输入电阻增大,输出电阻减小应该引入何种负反馈?怎样合理在图5中接线??==iOuU U A第 页 共 页2.如R f =200KΩ,计算放大器增益图5第 页 共 页六、A 1,A 2为理想运放,u i1=−2mV ,u i2=2mV ,计算u o1,u o2,u o3.(15分)七、如图7电路,已知u o1的峰值为10V ,电路元件参数如图,A 1,A 2为理想运放.解答下列问题:1.A 1;A 2组成什么类型电路?R 2数值如何确定?2.对应画出u o1,u o2波形图.3.已知C=0.01μF,K Ωπ50R ,确定u o2频率.(15分)第 页 共 页八、如图直流稳压电源电路,解答下列问题(15分)1.说明各元件作用,在图中标出运放的同相端与反向端.2.D Z 的稳压为U Z ,估算输出电压U O 范围.3.若U I =24V ,T 1管饱和压降为U CES1≈2V 计算U 2(有效值)与U O 的最大值U Omax.图8《模拟电子技术》课程试题一、单项选择题（10×2=20分）：1．在P型半导体中，多数载流子是（）。
习题 1-1 欲使二极管具有良好的单向导电性，管子的正向电阻和反向电阻分别为大一些好，还是小一些好？答：二极管的正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。
理想二极管的正向电阻等于零，反向电阻等于无穷大。
习题 1-2 假设一个二极管在 50℃时的反向电流为 10μ A，试问它在 20℃和 80℃时的反向电流大约分别为多大？已知温度每升高 10℃，反向电流大致增加一倍。
解：在 20℃时的反向电流约为： 2310A 1.25 A在 80℃时的反向电流约为：2310A80 AN7习题 1-3某二极管的伏安特性如图(a)所示：①如在二极管两端通过1k?的电阻加上 1.5V的电压，如图(b) ，此时二极管的电流I 和电压 U各为多少？②如将图 (b)中的 1.5V电压改为 3V，则二极管的电流和电压各为多少？3I/mA解：根据图解法求解+ U -①电源电压为 1.5V 时2I1.5UI1I0.8A,U0.7V0.5 1 1.5 2 U/V 1.5V 1k?② 电源电压为3V 时(a)(b) 3U II 2.2A,U0.8V可见，当二极管正向导通后，如电源电压增大，则二极管的电流随之增大，但管子两端的电压变化不大。
习题 1-4 已知在下图中，u I = 10sinω t (V) ， R L=1k?，试对应地画出二极管的电流i D、电压 u D以及输出电压 u O的波形，并在波形图上标出幅值。
设二极管的正向压降和反向电流可以忽略。
u I/V+ u D-10++ti D/mAu I i D u--R L D10(a)tu I /Vt- 10u o/V10t习题 1-5欲使稳压管具有良好的稳压特性，它的工作电流I Z、动态电阻 r Z以及温度系数αU，是大一些好还是小一些好？答：动态电阻 r Z愈小，则当稳压管的电流变化时稳压管的电压变化量愈小，稳压性能愈好。
一般来说，对同一个稳压管而言，工作电流 I Z愈大，则其动态内阻愈小，稳压性能也愈好。
第一章晶体二极管及其大体电路1—1 半导体二极管伏安特性曲线如图N—l所示，求图中A、B点的直流电阻和交流电阻。
解：从图中量得A、B点坐标别离为A(0．6V，5mA), B(0．58V，2mA)，故得1—2 二极管整流电路如图P1—2所示，已知ui＝200sinωt(V)，试画出uo的波形。
解：因变压器的匝数比为10：1，因此次级端电压为20 V，即u2＝10 slnωt (V)。
当u2为正半周且大于等于0．7V时，Vl导通，V2截止，u。
＝u2一0．7。
而u2为负半周且小于等于一0．7V时，那么V2导通，Vl截止，uo＝|u2|一0．7。
当|u2|＜0．7V时，V一、V2均截止，现在uo=0.由此画出的uo波形如图P1-2’所示，1—3 二极管电路如图P1—3所示，设二极管均为理想二极管(1)画出负载RL两头电压uo的波形(2)假设V3开路，试重画uo的波形。
(3)假设V3被短路，会显现什么现象?解：(1)u2为正半周时，V一、V2导通，V3、V4截止，uo＝u2; u2为负半周时，V一、V2截止，V3、V4导通，uo＝-u2即uo＝-u2。
uo波形如图P1—3’(a)所示。
(2)假设V3开路，那么u2的为负半周时，uo＝0，即uo变成半波整流波形，如图Pl—3’(b)所示。
(3)假设V3短路，那么u2为正半周时，将V1短路烧坏。
1—4 在图P1—4所示各电路中，设二极管均为理想二极管。
试判定各二极管是不是导通，并求Uo的值。
解：(1)在图(a)中，V2导通，V1截止，Uo＝5V。
(2)在图(b)中，V1导通，V2截止，Uo＝0V。
(3)在图(c)中，v一、v2均导通，现在有1—5 二极管限幅电路如图Pl—5(a)、(b)所示。
假设ui＝5sinωt(V)，试画出uo的波形。
解：(1)在图(a)中：当ui＞一2．7V时，V管截止，uo＝一2V；当ui≤一2．7V时，V管导通，u。
＝ui。
当ui＝5sinωt(V)时，对应的uo波形如图P1—5’(a)所示。
第一章半导体二极管及其电路【教学要求】本章主要介绍了半导体的基础知识及半导体器件的核心环节—PN结。
PN结具有单向导电特性、击穿特性和电容特性。
介绍了半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数。
理想情况下，二极管相当于开关闭合与断开。
介绍了二极管的简单应用电路，包括整流、限幅电路等。
同时还介绍了稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管。
教学内容、要求和重点见如表1.1。
表1.1 教学内容、要求和重点【例题分析与解答】【例题1-1】二极管电路及其输入波形如图1-1所示，设U im>U R,，二极管为理想，试分析电路输出电压，并画出其波形。
解：求解这类电路的基本思路是确定二极管D在信号作用下所处的状态，即根据理想二极管单向导电的特性及具体构成的电路，可获得输出U o的波形。
本电路具体分析如下：当U i增大至U R时，二极管D导通，输出U o被U R嵌位，U o=U R，其他情况下，U o=U i。
这类电路又称为限幅电路。
图1-1【例题1-2】二极管双向限幅电路如图1-2 (a)所示，若输入电压U i=7sinωt (V)，试分析并画出电路输出电压的波形。
（设二极管的U on为0.7V，忽略二极管内阻）。
图1-2解：用恒压降等效模型代替实际二极管，等效电路如图1-2(b)所示，当U i<－3.7V时，D2反偏截止，D1正偏导通，输出电压被钳制在－3.7V；当－3.7V<U i <3.7V时，D1、D2均反偏截止，此时R中无电流，所以U o=U i；当3.7V<U i时，D1反偏截止，D2正偏导通，输出电压被钳制在3.7V。
综合上述分析，可画出的波形如图1-20(c)所示，输出电压的幅度被限制在正负3.7V 之间。
【例题1-3】电路如图1-3（a），二极管为理想，当B点输入幅度为±3V、频率为1kH Z的方波，A点输入幅度为3V、频率为100kH Z的正弦波时，如图1-3（b），试画出Uo点波形。
1.半导体二极管及其电路分析【重点】半导体特性、杂质半导体、PN结及其单向导电特性。
【难点】PN结形成及其单向导电特性。
1.1 半导体的基本知识1.1.1 半导体的基本知识（1）导电能力对温度的反应非常灵敏。
（2）导电能力受光照非常敏感。
（3）在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其他元素），它的导电能力会大大增强。
1.1.2 本征半导体纯净的半导体称为本征半导体，常用的本征半导体是硅和锗二晶体。
半导体有两种载流子，自由电子和空穴，如果从本征半导体引出两个电极并接上电源，此时带负电的自由电子指向电源正极作定向运动，形成电子电流，带正电的空穴将向电源负极作定向运动，形成空穴电流，而在外电路中的电流为电子电流和空穴电流之和。
1.1.3 杂质半导体1.N型半导体在硅晶体中掺入微量5价元素，如磷（或者砷、锑等），如图所示。
这种半导体导电主要靠电子，所以称为电子型半导体，简称N型半导本。
在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴2.P型半导体如果在硅晶体中，掺入少量的3价元素硼（铟、钾等），如图1-5所示。
这种半导体的导电主要靠空穴，因此称为空穴型半导体，有称P型半导体。
P型半导体的空穴是多数载流子，电子是少数载流子。
结论：N型半导体、P型半导体中的多子都是掺入杂质而造成的，尽管杂质含量很微，但它们对半导体的导电能力却有很大影响。
而它们的少数载流子是热运动产生的，尽管数量很少，但对温度非常敏感，对半导体的性能有很大影响。
1.1.4 PN结及其单向导电特性1.PN结的形成结论：在无外电场或其它因素激发时，PN结处于平衡状态，没有电流通过，空间电荷区是恒定的。
另外，在这个区域内，多子已扩散到对方并复合掉了，好像耗尽了一样，因此，空间电荷区又叫做耗尽层。
2.PN结单向导电性（1）正向特性当PN结外加正向电压（简称正偏），电源正极接P，负极接N，PN结处于导通状态，导电时电阻很小。
（2）反向特性当外加反向电压（简称反偏），电源正极接N，负极接P，PN结处于截止状态结论：PN结正偏时电路中有较大电流流过，呈现低电阻，PN结导通；PN结反偏时电路中电流很小，呈现高电阻，PN结截止，可见PN结具有单向导电性。
第一章 半导体器件1.1 电路如图P1.1所示，设二极管为理想的，试判断下列情况下，电路中的二极管是导通还是截止，并求出AO 两端的电压AO U 。
（1）V V DD 61=，V V DD 122=；（2）V V DD 61=、V V DD 122-=；（3）V V DD 61-=、V V DD 122-=。
解：1、当V V DD 61=、V V DD 122=时，假设二极管是截止的，则V V B 6=、V V A 12=二极管承受反偏电压，所以二极管截止假设成立。
V V U DD AO 122==。
2、当V V DD 61=、V V DD 122-=时，假设二极管是截止的则V V B 6=、V V A 12-=二极管承受正偏电压，所以二极管截止假设不成立，二极管导通。
V V U DD AO 61==。
3、当V V DD 61-=、V V DD 122-=时，假设二极管是截止的，则V V B 6-=、V V A 12-= 二极管承受正偏电压，所以二极管截止假设不成立，二极管导通。
V V U U DD BO AO 61-===。
1.2 二极管电路如图P1.2所示，二极管的导通电压VU D 7.0)on (=，试分别求出Ω=k R 1、Ω=k R 4时，电路中的电流O I I I 、、21和输出电压O U 。
解：1、当Ω=k R 1时，假设二极管是截止的，则mA I I O 5.41192=+=-= V R I U V L O O B 5.415.4-=⨯-===V V A 3-= (V V V B A 5.1=-)由上分析可知，二极管承受正偏电压导通（假设不成立）故可得其等效电路如图P1.2b 所示：根据KCL 、 KVL ：⎪⎩⎪⎨⎧+-=-+=+=RI R I R I I I I LO O222197.039 解之：mA I mAI mA I 3.56.17.3210==-=V R I U L O O 7.317.3-=⨯-==2、当Ω=k R 4时，假设二极管是截止的，则mA I I O 8.11492=+=-=VR I U V L O O B 8.118.1-=⨯-===V V A 3-= V U U B A 2.1-=-由上分析可知，二极管承受反偏电压截止（假设成立）01=I mA I I 8.102=-=V R I U L O O 8.118.1-=⨯-==3.3 设二极管为理想的，试判断P1.3所示电路中各二极管是导通还是截止，并求出AO两端的电压AO U解：（a ）假设21V V 、均截止，则V V A 10=、V V B 6-=、V V O 0=， 21V V 、均承受正偏电压，但2V 管的正向偏值电压更大，故它首先导通。
1 普通二极管、稳压管
1.1用大于号（>）、小于号（<）或等于号（=）填空：
1.在本征半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度；
2.在P型半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度；
3.在N型半导体中，电子浓度＿＿空穴浓度。
【答案】1. =；2. <；3. >。
1.2选择括号中的答案填空（只填答案号a、b、c……）1.在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于＿＿，而
少数载流子的浓度则与＿＿有很大关系。
（a.温度，b.掺杂工艺，c.杂质浓度，d.晶体缺陷）
2.当PN结外加正向电压，扩散电流＿＿漂移电流，耗尽层
＿＿。
当PN结外向反向电压时，扩散电流＿＿漂移电流，耗尽层＿＿。
（a.大于，b.小于，c.等于，d.变宽，e.变窄，f.不变）
【答案】1.c,a;
2.a,e,b,d.
未加电压时，二者平衡。
由平衡-PN窄（扩散〉漂移）；由平衡-PN宽（扩散<漂移）
1.3判断下列说法是否正确，并在相应的括号内画√或×。
1.P型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获
得。
（）
2.在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为P
型半导体。
（）
3.P型半导体带正电，N型半导体带负电。
（）
4.PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。
（）
5.漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。
（）
6.由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两
端短路时就有电流流过。
（）
7.PN结方程可以描述PN结的正向特性，也可以描述PN
结的反向击穿特性。
（）
【答案】题2、5正确，其余都错误。
1.5填空：
1.二极管的最主要特性是＿＿，它的两个主要参数是反映正
向特性的＿＿和反映反向特性的＿＿。
2.在常温下，硅二极管的开启电压约＿＿V，导通后在较大
电流下的正向压降约＿＿V；鍺二极管的开启电压约＿＿V，导通后在较大电流下的正向压降约＿＿V。
【答案】1.单向导电，最大平均整流电流
I,最大反向工作
F
电压
U。
R
2. 0.5，0.7；0.1，0.2。
1.7选择正确的答案填空。
1.在如图1.8所示的电路中，当电源V=5V时，测得I=1mA。
若把电源电压调整到V=10V,则电流的大小将是＿＿。
（a. I=2mA, b.I<2mA, c.I>2mA）
2.设电路中保持V=5V不变。
当温度为20℃时测得二极管的
电压
U=0.7V.当温度上升到40℃时，则D U的大小将是＿D
＿。
（a. 仍等于0.7V， b.大于0.7V， c.小于0.7V）
【答案】1. c；2. c。
1.8选择正确的答案填空。
电路如图1.9所示。
已知二极管的反向击穿电压为20V，当V=5V、温度为20℃时I=2µA。
1.若电源电压由5V增大到10V，则电流I约为＿＿。
（a.10µA,
b. 4µA,
c. 2µA,
d. 1µA）
2.当电源电压保持5V，温度由20℃下降到10℃时，则电流
I约为＿＿。
（a.10µA, b. 4µA, c. 2µA, d. 1µA）
3.按通常规定，此二极管的最大反向工作电压为＿＿。
（a.
20V, b. 15V, c. 10v, d.5v）
【答案】1.c；2.d；3.c。
解释：3.最大反向工作电压URM：它是指允许加在二极管上的反向电压的最大值，为安全起见，URM约为反向击穿电压UBR的一半。
