电子技术学习指导与习题解答要点
第1章半导体存器件
1.1 学习要求
（1）了解半导体的特性和导电方式，理解PN结的单向导电特性。
（2）了解半导体二极管、三极管的结构。
（3）理解二极管的工作原理、伏安特性和主要参数。
（4）理解双极型三极管的放大作用、输入和输出特性及其主要参数。
（5）了解MOS场效应管的伏安特性、主要参数及其与双极型三极管的性能比较。
1.2 学习指导
本章重点：
（1）PN结的工作原理。
（2）二极管的工作原理、伏安特性和主要参数。
（3）双极型三极管的放大作用、输入和输出特性及其主要参数。
本章难点：
（1）半导体二极管的限幅、钳位等作用。
（2）双极型三极管的电流分配与电流放大作用。
本章考点：
（1）本征半导体、杂质半导体的相关概念。
（2）PN结的单向导电特性。
（3）半导体二极管、稳压管的限幅、钳位等电路分析。
（4）双极型三极管的管脚、工作状态及放大条件的判别。
1.2.1 PN结
1．半导体的导电特征
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。纯净的半导体称为本征半导体，其导电能力在不同的条件下有着显著的差异。本征半导体在温度升高或受光照射时产生激发，形成自由电子和空穴，使载流子数目增多，导电能力增强。
杂质半导体是在本征半导体中掺入杂质元素形成的，有N型半导体和P型半导体
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2
两种类型。N型半导体是在本征半导体中掺入五价元素形成的，自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。P型半导体是在本征半导体中掺入三价元素形成的，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。杂质半导体的导电能力比本征半导体强得多。
2．PN结及其单向导电性
在同一硅片两边分别形成N型半导体和P型半导体，交界面处就形成了PN结。PN的形成是多数载流子扩散和少数载流子漂移的结果。PN结具有单向导电性：PN 结加正向电压（P区接电源正极，N区接电源负极）时，正向电阻很小，PN结导通，可以形成较大的正向电流。PN结加反向电压（P区接电源负极，N区接电源正极）时，反向电阻很大，PN结截止，反向电流基本为零。
1.2.2 半导体二极管
在PN结的两端各引出一个电极便构成了半导体二极管。由P区引出的电极称为阳极或正极，由N区引出的电极称为阴极或负极。二极管的核心实质是一个PN结。
1．二极管的伏安特性
（1）正向特性。正向电压小于死区电压（硅管约为0.5Ｖ，锗管约为0.2Ｖ）时二极管截止，电流几乎为零。正向电压大于死区电压后二极管导通，电流较大。导通后的二极管端电压变化很小，基本上是一个常量，硅管约为 0.7Ｖ，锗管约为0.3Ｖ。
（2）反向特性。反向电压在一定范围内时二极管截止，电流几乎为零。反向电压增大到反向击穿电压U BR时，反向电流突然增大，二极管击穿，失去单向导电性。
2．二极管的主要参数
（1）最大整流电流I O M。指二极管长期使用时允许通过的最大正向平均电流。
（2）反向工作峰值电压U D R M。指二极管使用时允许加的最大反向电压。
（3）反向峰值电流I R M。指二极管加上反向峰值电压时的反向电流值。
（4）最高工作频率f M。指二极管所能承受的外施电压的最高频率。
二极管在电路中主要用于整流、限幅、钳位等。整流是将输入的交流电压变换为单方向脉动的直流电压，限幅是将输出电压限制在某一数值以内，钳位是将输出电压限制在某一特定的数值上。
3．特殊二极管
（1）稳压管。稳压管的反向击穿特性曲线比普通二极管陡，正常工作时处于反向击穿区，且在外加反向电压撤除后又能恢复正常。稳压管工作在反向击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，所以能起稳定电压的作用。如果稳压管的反向电流超过允许值，将会因过热而损坏，所以与稳压管配合的电阻要适当，才能起稳压作用。稳压管除用于稳压外，还可用于限幅、欠压或过压保护、报警等。
（2）光电二极管。光电二极管用于将光信号转变为电信号输出，正常工作时处于反向工作状态，没有光照射时反向电流很小，有光照射时就形成较大的光电流。
第1章 半导体器件 3
（3）发光二极管。发光二极管用于将电信号转变为光信号输出，正常工作时处于正向导通状态，当有正向电流通过时，电子就与空穴直接复合而发出光来。
4．二极管应用电路的分析方法
（1）判断二极管是导通还是截止。判断方法是：假设将二极管开路，计算接二极管阳极处的电位U A 和接二极管阴极处的电位U K 。当将二极管视为理想元件（即忽略二极管正向压降和反向漏电流）时，若U A ≥U K ，则接上二极管必然导通，其两端电压为零。否则接上二极管必然截止，其反向电流为零。当计及二极管的正向压降U D 时，若U A -U K ≥U D ，则接上二极管必然导通，其两端电压通常硅管取 0.7Ｖ，锗管取0.2Ｖ。否则接上二极管必然截止，其反向电流为零。
（2）由二极管的工作状态画出等效电路，由于在等效电路中不含二极管，故可根据电路分析方法（如支路电流法、叠加定理、戴维南定理等）分析计算。
例如，在如图1.1（a ）所示电路中，设二极管VD 的正向电阻为零，反向电阻为无穷大，试求A 点电位U A 。
将二极管断开，得电路如图1.1（b ）所示，此时A 、K 两点的电位分别为：
4060603060
AO =?+=U （V ）
20202020
2020
60KO =-?++=U （V ）
因为U A O >U K O ，所以如图 1.1（a ）所示电路中的二极管是导通的，可以用短路线代替，如图1.1（c ）所示，运用节点电压法即可求出A 点电位为：
4060
1301201201306020202060A =++++
-+=U （V ）
-20V 20Ω20Ω(a)
-20V
20Ω20Ω(b)-20V
20Ω20Ω(c)
图1.1 二极管电路计算示例
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4 1.2.3 双极型三极管 1．结构与工作原理
双极型三极管简称晶体管或三极管，有NPN 型和PNP 型两种类型。晶体管有发射区、基区和集电区3个区，从这3个区分别引出发射极E 、基极B 和集电极C ，基区和发射区之间的PN 结称为发射结，基区与集电区之间的PN 结称为集电结。
晶体管具有电流放大作用的内部条件是：
（1） 发射区的掺杂浓度大，以保证有足够的载流子可供发射。 （2） 集电区的面积大，以便收集从发射区发射来的载流子。
（3） 基区很薄，且掺杂浓度低，以减小基极电流，即增强基极电流的控制作用。 晶体管实现电流放大作用的外部条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。对NPN 型晶体管，电源的接法应使3个电极的电位关系为E B C U U U >>。对PNP 型晶体管，则应使E B C U U U <<。
工作于放大状态的晶体管，基极电流I B 远小于集电极I C 和发射极电流I E ，只要发射结电压U B E 有微小变化，造成基极电流I B 有微小变化，就能引起集电极I C 和发射极电流I E 大的变化，这就是晶体管的电流放大作用。
2．特性曲线
晶体管的输入特性曲线常熟==CE )(BE B U U f I 与二极管的正向特性曲线相似，也有同样的死区电压和管压降范围，如图1.2（a ）所示。
晶体管的输出特性曲线常熟
==B )
(CE C I U f I 是一簇曲线，如图1.2（b ）所示。根据
晶体管工作状态的不同，输出特性曲线分为放大区、截止区和饱和区3个工作区。晶体管在不同工作状态下的特点如表1.1所示。
BE (V)
A U CE (V)
（a ）输入特性曲线 （b ）输出特性曲线
图1.2 晶体管的特性曲线
3．主要参数
（1）电流放大系数β和β。
第1章 半导体器件 5
直流（静态）电流放大系数：B C
I I =β 交流（动态）电流放大系数：B
C
I I ??=
β 小功率晶体管200~50=≈ββ，大功率管的β值一般较小。选用晶体管时应注意，β太小的管子放大能力差，而β太大则管子的热稳定性较差，一般以100=β左右为宜。
（2）反向饱和电流I C B O 和穿透电流I C E O 。二者的关系为CBO CEO )1(I I β+=，它们随温度升高而增大，影响电路工作的稳定性。
（3）集电极最大允许电流I C M 。集电极电流超过I C M 时β值将明显下降。
（4）反向击穿电压U （BR ）CEO 。基极开路时集电极与发射极之间的最大允许电压。 （6）集电极最大允许耗散功率P C M 。CE C CM U I P =。I C M 、U （B R ）C E O 和P C M 称为晶体管的极限参数，由它们共同确定晶体管的安全工作区。
表1.1 晶体管在不同工作状态下的特点
4．晶体管工作状态、类型和管脚的判别方法
（1）晶体管的工作状态可根据发射结和集电结的偏置情况判断。对NPN 型晶体管，若U B E ≤0，则发射结反偏，晶体管工作在截止状态。若0BE >U ，则发射结正偏，这时可再根据集电结的偏置情况判断晶体管是工作在放大状态还是饱和状态，集电结反偏为放大状态，集电结正偏为饱和状态；也可根据I B 与I B S 的关系判断，
βCS BS B I I I =<为放大状态，I B ≥βCS BS I
I =为饱和状态。
（2）晶体管的类型（NPN 型还是PNP 型，硅管还是锗管）和管脚可根据各极
电位来判断。NPN 型集电极电位最高，发射极电位最低，即E B C U U U >>，0BE >U ；PNP 型集电极电位最低，发射极电位最高，即E B C U U U <<，0BE
管基极电位与发射极电位大约相差0.6或0.7V ；锗管基极电位与发射极电位大约相差0.2或0.3V 。
此外，还可根据各极电流来判断晶体管的管脚以及是NPN 型还是PNP 型。根据晶体管各极电流关系C B E I I I +=和B C I I β=可知，发射极电流最大，基极电流最小，
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6 并且发射极电流从晶体管流出的为NPN 型，流入晶体管的为PNP 型。
例如，在如图 1.3所示的电路中，已知1C =R k Ω，10B =R k Ω，5CC =U V ，晶体管的50=β，7.0BE =U Ｖ，3.0CE S =U Ｖ。试分别计算1i -=U V ，1i =U V 以及3i =U V 时的I B 、I C 和U o ，并指出晶体管所处的工作状态。
U i
+U U o
图1.3 晶体管工作状态计算示例
当1i -=U V 时0BE
0B =I 0C =I
5CC CE o ===U U U （V ）
当1i =U V 时0BE >U ，晶体管发射结正偏，因而导通，故有：
03.010
7.01B BE i B =-=-=R U U I （mA ）
5.103.050B C =?==I I β（mA ）
5.315.15C C CC CE o =?-=-==R I U U U （V ）
08.25.37.0CE BE BC <-=-=-=U U U
计算结果表明，晶体管的发射结正偏，集电结反偏，处于放大状态。
或由：
094.013.055011C CES CC CS BS =-?=-?==R U U I I ββ（mA ）
得BS B I I <，所以晶体管处于放大状态。
当3i =U V 时0BE >U ，晶体管发射结正偏，因而导通，故有：
23.010
7.03B BE i B =-=-=R U U I （mA ）
5.1123.050B C =?==I I β（mA ）
5.615.115C C CC CE o -=?-=-==R I U U U （V ）
()02.75.67.0CE BE BC >=--=-=U U U
计算结果表明，晶体管的发射结正偏，集电结也正偏，处于饱和状态。因为U CE 绝
不可能为负值，所以从计算结果0CE o <=U U 也说明晶体管已不处于放大状态，故应处
第1章 半导体器件 7
于饱和状态。当然，也可由BS B I I >知晶体管处于放大状态。此时CE o U U =应为：
3.0CES CE o ===U U U （V ）
在饱和状态下，集电极电流I C 和基极电流I B 之间已不存在B C I I β=的关系，这时的集电极电流I C 为：
7.41
3
.05C CE CC C =-=-=
R U U I （mA ）
1.2.4 场效应晶体管
绝缘栅型场效应管共有4种类型，它们的特性比较如表1.2所示。
表1.2 绝缘栅型场效应管的特性比较
电子技术学习指导与习题解答8
晶体管与场效应管的区别如表1.3所示。
表1.3 晶体管与场效应管比较
1.3 习题解答
1.1 在如图 1.4所示的各个电路中，已知直流电压3
i
=
U V，电阻1
=
R kΩ，二极管的正向压降为0.7V，求U o。
o o
o
(a) (b) (c)
图1.4 习题1.1的图
分析U o的值与二极管的工作状态有关，所以必须先判断二极管是导通还是截止。若二极管两端电压为正向偏置则导通，可将其等效为一个0.7Ｖ的恒压源；若二极管两端电压为反向偏置则截止，则可将其视为开路。
解对图 1.4（a）所示电路，由于3
i
=
U V，二极管VD承受正向电压，处于导通状态，故：
7.0
D
o
=
=U
U（V）
对图1.4（b）所示电路，由于3
i
=
U V，二极管VD承受反向电压截止，故：
第1章 半导体器件 9
5.132
1
i o =?=+=
U R R R U （V ） 对图1.4（c ）所示电路，由于3i =U V ，二极管VD 承受正向电压导通，故：
3.47.055D o =-=-=U U （V ）
1.2 在如图1.5所示的各个电路中，已知输入电压t u ωsi n 10i =V ，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出各电路的输入电压u i 和输出电压u o 的波形。
分析 在u i 和5V 电源作用下，分析出在哪个时间段内二极管正向导通，哪个时间段内二极管反向截止。在忽略正向压降的情况下，正向导通时可视为短路，截止时可视为开路，由此可画出各电路的输入、输出电压的波形。
R
R
(a) (b) (c)
图1.5 习题1.2的图
解 对图1.5（a ）所示电路，输出电压u o 为：
5D R i
o +=-=U u u u
u i ≥5V 时二极管VD 承受正向电压导通，U D =0，u o =5V ；u i <5V 时二极管VD 承受反向电压截止，电阻R 中无电流，u R =0，u o =
u i 。输入电压u i 和输出电压u o 的
波形如图1.6（a ）所示。
(a)
t
t
t
t
t
t
图1.6 习题1.2解答用图
对图1.5（b ）所示电路，输出电压u o 为：
5R D i o +=-=u U u u
u i ≥5V 时二极管VD 承受正向电压导通，U D =0，u o = u i ；u i <5V 时二极管VD 承
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10 受反向电压截止，电阻R 中无电流，u R =0，u o =5V 。输入电压u i 和输出电压u o 的波形如图1.6（b ）所示。
对图1.5（c ）所示电路，输出电压u o 为：
D R i o 5U u u u -=-= u i ≥5V 时二极管VD 承受反向电压截止，电阻R 中无电流，u R =0，u o = u i ；u i <5V 时二极管VD 承受正向电压导通，U D =0，u o =5V 。输入电压u i 和输出电压u o 的波形如图1.6（c ）所示。
1.3 在如图1.7所示的电路中，试求下列几种情况下输出端F 的电位U F 及各元件（R 、VD A 、VD B ）中的电流，图中的二极管为理想元件。
（1）0B A ==U U V 。
（2）3A =U ，0B =U V 。 （3）3B A ==U U V 。
A
B
F
图1.7 习题1.3的图
分析 在一个电路中有多个二极管的情况下，一些二极管的电压可能会受到另一些二极管电压的影响，所以，在判断各个二极管的工作状态时，应全面考虑各种可能出现的因素。一般方法是先找出正向电压最高和（或）反向电压最低的二极管，正向电压最高者必然导通，反向电压最低者必然截止，然后再根据这些二极管的工作状态来确定其他二极管承受的是正向电压还是反向电压。
解 （1）因为0B A ==U U V 而U C C =6V ，所以两个二极管VD A 、VD B 承受同样大的正向电压，都处于导通状态，均可视为短路，输出端F 的电位U F 为：
0B A F ===U U U （V ）
电阻中的电流为：
23
6F CC R =-=-=
R U U I （mA ） 两个二极管VD A 、VD B 中的电流为：
122
1
21R DB DA =?===I I I （mA ）
（2）因为3A =U ，0B =U V 而U C C =6V ，所以二极管VD B 承受的正向电压最
高，处于导通状态，可视为短路，输出端F 的电位U F 为：
0B F ==U U （V ）
第1章 半导体器件 11
电阻中的电流为：
23
6F CC R =-=-=
R U U I （mA ） VD B 导通后，VD A 上加的是反向电压，VD A 因而截止，所以两个二极管VD A 、VD B 中的电流为：
0DA =I （mA ）
2R DB ==I I （mA ）
（3）因为3B A ==U U V 而U C C =6V ，所以两个二极管VD A 、VD B 承受同样大的正向电压，都处于导通状态，均可视为短路，输出端F 的电位U F 为：
3B A F ===U U U （V ）
电阻中的电流为：
13
3
6F CC R =-=-=
R U U I （mA ） 两个二极管VD A 、VD B 中的电流为：
5.012
1
21R DB DA =?===I I I （mA ）
1.4 在如图1.8所示的电路中，试求下列几种情况下输出端F 的电位U F 及各元件（R 、VD A 、VD B ）中的电流，图中的二极管为理想元件。
（1）0B A ==U U V 。
（2）3A =U V ，0B =U 。 （3）3B A ==U U V 。
A B
F
图1.8 习题1.4的图
分析 本题与上题一样，先判断出两个二极管VD A 、VD B 的工作状态，从而确定出输出端F 的电位，再根据输出端F 的电位计算各元件中的电流。
解 （1）因为0B A ==U U V ，所以两个二极管VD A 、VD B 上的电压均为0，都处于截止状态，电阻R 中无电流，故：
0R DB DA ===I I I （mA ）
输出端F 的电位U F 为：
0R R F ===R I U U （V ）
（2）因为3A =U V ，0B =U V ，所以二极管VD A 承受的正向电压最高，处于导通状态，可视为短路，输出端F 的电位U F 为：
电子技术学习指导与习题解答
12 3A F ==U U （V ）
电阻中的电流为：
13
3
6F CC R =-=-=
R U U I （mA ） VD A 导通后，VD B 上加的是反向电压，VD B 因而截止，所以两个二极管VD A 、VD B 中的电流为：
0DB =I （mA ） 1R DA ==I I （mA ）
（3）因为3B A ==U U V ，所以两个二极管VD A 、VD B 承受同样大的正向电压，
都处于导通状态，均可视为短路，输出端F 的电位U F 为：
3B A F ===U U U （V ）
电阻中的电流为：
13
3
6F CC R =-=-=
R U U I （mA ） 两个二极管VD A 、VD B 中的电流为：
5.012
1
21R DB DA =?===I I I （mA ）
1.5 在如图 1.9所示的电路中，已知10=E V ，t e ωsin 30=V 。试用波形图表示二极管上的电压u D 。
分析 设二极管为理想元件，则二极管导通时u D =0，二极管截止时因电阻R 中无电流，E e u +=D ，因此，判断出二极管VD 在u i 和E 作用下哪个时间段内导通，哪个时间段内截止，即可根据u D 的关系式画出其波形。
解 设二极管为理想元件，则当E e +≥0，即e ≥10-=-E V 时二极管导通，u D =0；当0<+E e ，即10-=- E e D t - 图1.9 习题1.5的图 图1.10 习题1.5解答用图 1.6 在如图1.11所示的电路中，已知20=E V ，9001=R Ω，11002=R Ω。稳压管VD Z 的稳定电压10=Z U V ，最大稳定电流8ZM =I mA 。试求稳压管中通过的电流I Z ，并判断I Z 是否超过I Z M ？如果超过，怎么办？ 分析 稳压管工作于反向击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端 第1章 半导体器件 13 的电压变化很小，所以能起稳压的作用。但与稳压管配合的电阻要适当，否则，要么使稳压管的反向电流超过允许值而过热损坏，要么使稳压管因为没有工作在稳压区而不能稳压。 E Z 图1.11 习题1.6的图 解 设稳压管VD Z 工作正常，则电阻R 1和R 2中的电流分别为： 1.1190010201Z 1≈-=-=R U E I （mA ） 09.91100102Z 2≈==R U I （mA ） 稳压管中通过的电流I Z 为： 02.209.91.1121Z =-≈-=I I I （mA ） 可见ZM Z I I <。 如果I Z 超过I Z M ，则应增大R 1，也可减小R 2。但R 2一般是负载电阻，不能随意改变，若R 1不能变，则应限制R 2的最大值，或另选稳压管。 1.7 有两个稳压管VD Z 1和VD Z 2，其稳定电压分别为5.5V 和8.5V ，正向压降都是0.5V ，如果要得到0.5V 、3V 、6V 、9V 和14V 几种稳定电压，这两个稳压管（还有限流电阻）应该如何连接，画出各个电路。 分析 稳压管工作在反向击穿区时，管子两端电压等于其稳定电压；稳压管工作在正向导通状态时，管子两端电压等于其正向压降。因此，可通过两个稳压管的不同组合来得到不同的稳定电压。 解 应按如图11.12（a ）～（e ）所示各个电路连接，可分别得到上述几种不同的稳定电压，图中的电阻均为限流电阻。 (a) (b) (c) 电子技术学习指导与习题解答 14 (d) (e) 图1.12 习题1.6的图 1.8 在一放大电路中，测得某晶体管3个电极的对地电位分别为-6V 、-3V 、-3.2V ，试判断该晶体管是NPN 型还是PNP 型？锗管还是硅管？并确定3个电极。 分析 晶体管的类型（NPN 型还是PNP 型，硅管还是锗管）和管脚可根据各极电位来判断。NPN 型集电极电位最高，发射极电位最低，即E B C U U U >>，0BE >U ；PNP 型集电极电位最低，发射极电位最高，即E B C U U U <<，0BE 管基极电位与发射极电位大约相差0.6或0.7V ；锗管基极电位与发射极电位大约相差0.2或0.3V 。 解 设晶体管3个电极分别为1、2、3，即61-=U V 、32-=U V 、2.33-=U V 。因为2、3两脚的电位差为0.2V ，可判定这是一个锗管，且1脚为集电极。由于集电极电位最低，可判定这是一个PNP 型管。又由于2脚电位最高，应为发射极，而3脚为基极。因为发射极与基极之间的电压2.0)3(2.323BE -=---=-=U U U V ，基极与集电极之间的电压8.2)6(2.313BC =---=-=U U U V ，可见发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大状态。综上所述，可知这是一个PNP 型的锗晶体管。 1.9 晶体管工作在放大区时，要求发射结上加正向电压，集电结上加反向电压。试就NPN 型和PNP 型两种情况讨论： （1）U C 和U B 的电位哪个高？U C B 是正还是负？ （2）U B 和U E 的电位哪个高？U B E 是正还是负？ （3）U C 和U E 的电位哪个高？U C E 是正还是负？ 分析 晶体管工作在放大区时，要求发射结上加正向电压，集电结上加反向电压。对NPN 型晶体管，电源的接法应使3个电极的电位关系为E B C U U U >>。对PNP 型晶体管，则应使E B C U U U <<。 解 （1）对NPN 型晶体管，由E B C U U U >>可知：B C U U >，E B U U >，E C U U >；0CB >U ，0BE >U ，0CE >U 。 （2）对PNP 型晶体管，由E B C U U U <<可知：B C U U <，E B U U <，E C U U <；0CB 1.10 一个晶体管的基极电流80B =I μA ，集电极电流5.1C =I mA ，能否从这两个数据来确定它的电流放大系数？为什么？ 分析 晶体管工作在不同状态时，基极电流和集电极电流的关系不同。工作在截 第1章 半导体器件 15 止状态时0B =I ，0C =I ；工作在放大状态时B C I I β=；工作在饱和状态时B C I I β<。 解 不能由这两个数据来确定晶体管的电流放大系数。这是因为晶体管的电流放大系数是放大状态时的集电极电流与基极电流的比值，而题中只给出了基极电流和集电极电流的值，并没有指明这两个数据的测试条件，无法判别晶体管是工作在放大状态还是饱和状态，所以不能由这两个数据来确定晶体管的电流放大系数。 1.11 若晶体管的发射结和集电结都加正向电压，则集电极电流I C 将比发射结加正向电压、集电结加反向电压时更大，这对晶体管的放大作用是否更为有利？为什么？ 分析 晶体管的发射结和集电结都加正向电压时工作在饱和状态，I C 不随I B 的增大而成比例地增大，晶体管已失去了线性放大作用。 解 发射结和集电结都加正向电压时对晶体管的放大作用不是更为有利，而是反而不利。这是因为这时晶体管工作在饱和状态，集电极电流I C 虽然比发射结加正向电压、集电结加反向电压（即放大状态）时更大，但是I C 已不再随I B 线性增大，I B 对I C 已失去控制作用，所以已没有放大能力。另一方面，晶体管工作在饱和状态时集电极与发射极之间的电压5.0CE 1.12 有两个晶体管，一个管子的150=β、200CEO =I μA ，另一个管子的 50=β、10CEO =I μA ，其他参数都一样，哪个管子的性能更好一些？为什么？ 分析 虽然在放大电路中晶体管的放大能力是一个非常重要的指标，但并非β越大就意味着管子性能越好。衡量一个晶体管的性能不能光看一、两个参数，而要综合考虑它的各个参数。在其他参数都一样的情况下，β太小，放大作用小；β太大，温度稳定性差。一般在放大电路中，以100=β左右为好。I C B O 受温度影响大，此值越小，温度稳定性越好。I C B O 越大、β越大的管子，则I C E O 越大，稳定性越差。 解 第二个管子的性能更好一些。这是因为在放大电路中，固然要考虑晶体管的放大能力，更主要的是要考虑放大电路的稳定性。 1.13 有一晶体管的100CM =P mW ，20CM =I mA ，30(BR)CEO =U V ，试问在下列几种情况下，哪种为正常工作状态？ （1）3CE =U V ，10C =I mA 。 （2）2CE =U V ，40C =I mA 。 （3）8CE =U V ，18C =I mA 。 分析 I CM 、U （BR ）CEO 和P CM 称为晶体管的极限参数，由它们共同确定晶体管的安全工作区。集电极电流超过I CM 时晶体管的β值将明显下降；反向电压超过U （BR ）CEO 时晶体管可能会被击穿；集电极耗散功率超过P CM 时晶体管会被烧坏。 解 第（1）种情况晶体管工作正常，这是因为(BR)CEO CE U U <，CM C I I <，CM C CE C m W 30103P I U P <=?==。其余两种情况晶体管工作不正常 1.14 某场效应管漏极特性曲线如图1.13所示，试判断： （1）该管属哪种类型？画出其符号。 电子技术学习指导与习题解答 16 （2）该管的夹断电压U G S (o f f ) 大约是多少？ （3）该管的漏极饱和电流I D S S 大约是多少？ 分析 根据表1.2所示绝缘栅型场效应管的漏极特性曲线可知，N 沟道场效应管当U G S 由正值向负值变化时I D 减小，P 沟道场效应管当U G S 由正值向负值变化时I D 增大；耗尽型场效应管在0GS =U 时0D ≠I ，增强型场效应管在0GS =U 时0D =I 。 解 由图1.13可知，因为该管当U G S 由正值向负值变化时I D 减小，且0GS =U 时0D ≠I ，所以该管属N 沟道耗尽型场效应管，并且夹断电压6GE(off)-≈U V ，漏极饱和 电流12DSS ≈I mA ，其符号如图1.14所示。 DS (V) S 图1.13 习题1.14的图 图1.14 习题1.14解答用图 1.15 试由如图1.13所示的场效应管漏极特性曲线，画出6DS =U V 时的转移特性曲线，并求出管子的跨导g m 。 分析 根据场效应管漏极特性曲线画转移特性曲线的方法是：首先根据U D S 在漏极特性曲线上作垂线，然后确定出该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应的I D 值和U G S 值，最后根据各个I D 值和U G S 值画出转移特性曲线。 解 根据6DS =U V 在漏极特性曲线上作垂线，如图1.15（a ）所示。该条垂线与各条漏极特性曲线的交点所对应的I D 值和U G S 值如表 1.4所示。根据表 1.4画出的转移特性曲线如图1.15（b ）所示。 表1.4 习题1.15解答用表 DS (V) 第1章 半导体器件 17 （a ）漏极特性曲线 （b ）转移特性曲线 图1.15 习题1.15解答用图 1.4 习题与考研试题精选 1-1 试判断如图1.16所示各电路中的二极管是导通还是截止，并求出AO 两端的电压U A O （设二极管是理想器件）。 (a) (b) (c) A O A O A O 图1.16 习题1-1的图 1-2 试计算如图1.17所示各电路中流过二极管的电流I D 和A 点的电位U A ，设二极管的正向压降为0.7V 。 1k Ω (a) (b) (c) 3k Ω 2k Ω 500Ω D D 10k Ω 3k Ω D 图1.17 习题1-2的图 1-3 在如图1.18所示的电路中，试求下列几种情况下输出端F 的电位U F 及各元件（R 、VD A 、VD B ）中的电流，图中的二极管为理想元件。 （1）10A =U V ，0B =U 。 （2）6A =U V ，8.5B =U 。 （3）5B A ==U U V 。 1-4 用直流电压表测得放大电路中几个晶体管3个电极的对地电位分别如表1.5所示，试判断这几个晶体管是NPN 型还是PNP 型？是锗管还是硅管？并确定每个管子的3个电极及电压U B E 和U B C 。 电子技术学习指导与习题解答18 A B F 图1.18 习题1-3的图 表1.5 习题1-4的表 1-5 试分析如图1.19所示各电路中的晶体管各工作在什么状态，设各晶体管的 7.0 BE = U V，50 = β。 12V =50 2kΩ (a) +12V (b) 20kΩ +12V (c) 200kΩ 图1.19 习题1-5的图 电力电子技术 2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？ 答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。 2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。 2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m ，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：a) I d1= Im 2717 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 2 1 4 ≈ + = ?π ω π π π t I1= Im 4767 .0 2 1 4 3 2 Im ) ( ) sin (Im 2 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t b) I d2= Im 5434 .0 )1 2 2 ( 2 Im ) ( sin Im 1 4 = + = ?wt d t π π ? π I2= Im 6741 .0 2 1 4 3 2 Im 2 ) ( ) sin (Im 1 4 2≈ + = ?π ? π π π wt d t 一、选择题：（共10题，每题1分。合计10分） 第一章： 1.PN 结加正向电压时，空间电荷区将（ ）。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 2.PN 结加反向电压时，空间电荷区将（ ）。 A. 变宽 B. 变窄 C. 基本不变 3.在本征半导体中加入（ ）元素可形成P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 4.当温度升高时，二极管的反向饱和电流将（ ）。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 5.当温度升高时，二极管的正向特性曲线将（ ）。 A. 不变 B. 左移 C. 右移 6.稳压管的稳压区是其工作在（ ）区。 A. 正向导通 B. 反向截止 C. 反向击穿 第二章： 1. 对于直接耦合基本放大电路，（ ）的输入电压与输出电压反相。 A. 共射电路 B. 共集接法 C. 共基接法 2. 对于直接耦合放大电路，（ ）的输入电压和输出电压同相。 A. 共射电路 B. 共集电路 C. 共源电路 3. 以下基本放大电路中，（ ）电路不具有电压放大能力。 A. 共射 B.共集 C. 共基 4. 工作在放大区的某三极管，如果当C I 从1mA 变为1.9mA ，E I 从1.01mA 变为1.92mA ，那么它的 约为（ ）。 A. 1 B. 86 C. 90 5. 对于n 沟道增强型MOS 管，只能满足（ ），管子才能工作在恒流区。 A. DS u > GS u -)(th GS U B. DS u 第二章： 1.晶闸管的动态参数有断态电压临界上升率du/dt和通态电流临界上升率等，若 du/dt过大，就会使晶闸管出现_ 误导通_，若di/dt过大，会导致晶闸管_损坏__。 2.目前常用的具有自关断能力的电力电子元件有电力晶体管、可关断晶闸管、 功率场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管几种。简述晶闸管的正向伏安特性 答: 晶闸管的伏安特性 正向特性当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。 如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。 随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。 如果门极电流为零，并且阳极电流降至接近于零的某一数值IH以下，则晶闸管又回到正向阻断状态，IH称为维持电流。 3.使晶闸管导通的条件是什么 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。 4.在如下器件：电力二极管（Power Diode）、晶闸管（SCR）、门极可关断晶闸管 （GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（电力MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）中，属于半控型器件的是 SCR 。 5.晶闸管的擎住电流I L 答：晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。 6.晶闸管通态平均电流I T(AV) 答：晶闸管在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。 7.晶闸管的控制角α（移相角） 答：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,用a表示,也称触发角或控制角。 电力电子技术 作业解答 教材：《电力电子技术》，尹常永田卫华主编 第一章 电力电子器件 1-1晶闸管导通的条件是什么？导通后流过晶闸管的电流由哪些因素决定？ 答：晶闸管的导通条件是：（1）要有适当的正向阳极电压；（2）还有有适当的正向门极电压。 导通后流过晶闸管的电流由阳极所接电源和负载决定。 1-2维持晶闸管导通的条件是什么？怎样使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是：流过晶闸管的电流大于维持电流。 利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到维持电流以下，可使导通的晶闸管关断。 1-5某元件测得V U DRM 840=，V U RRM 980=，试确定此元件的额定电压是多少，属于哪个电压等级？ 答：根据将DRM U 和RRM U 中的较小值按百位取整后作为该晶闸管的额定值，确定此元件的额定电压为800V ，属于8级。 1-11双向晶闸管有哪几种触发方式？常用的是哪几种？ 答：双向晶闸管有Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+和Ⅲ-四种触发方式。 常用的是：（Ⅰ+、Ⅲ-）或（Ⅰ-、Ⅲ-）。 1-13 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构，为什么GTO 能够自关断，而普通晶闸管不能？ 答：因为 GTO 与普通晶闸管在设计和工艺方面有以下几点不同：（1）GTO 在设计时2α较大，这样晶体管 V2控制灵敏，易于 GTO 关断；（2）GTO 导通时的21αα+更接近于 1，普通晶闸管15.121≥+αα，而 GTO 则为05.121≈+αα，GTO 的饱和程度不深，接近于临界饱和，这样为门极控制关断提供了有利条件；（3） 多元集成结构使每个GTO 元阴极面积很小，门极和阴极间的距离大为缩短，使得P2极区所谓的横向电阻很小，从而使从门极抽出较大的电流成为可能。 第二章 电力电子器件的辅助电路 2-5说明电力电子器件缓冲电路的作用是什么？比较晶闸管与其它全控型器件缓冲电路的区别，说明原因。 答：缓冲电路的主要作用是： ⑴ 减少开关过程应力，即抑制d u /d t ，d i /d t ； 一、填空题 1、P 型半导体又称为_____型半导体，它由本征半导体掺入_____价元素形成，其 多数载流子是__________，少数载流子是__________。当PN 结外加正向电压时，扩 散电流 漂移电流，耗尽层 。 2、三种基本组态的放大电路中，输入和输出相位相反的是____________，输入和 输出相位相同的是____________。 3、场效应管与双极晶体管比较，____________为电压控制器件，____________为电 流控制器件，____________的输入电阻高。 4、在分析含有负反馈的集成运放电路时，常用的两个基本且重要的概念是： 和 。 5、放大电路中静态工作点的设置非常重要，如果Q 点设置过低，将会引起 失真，其输出电压的波形 半周被部分削平。 6、直流稳压电源由 、 、 及 组成。 7、并联稳压电路中，稳压二极管需要串入 才能正常进行工作。 二、选择题 1、杂质半导体的少数载流子浓度取决于（ ） A 、掺杂浓度 B 、工艺 C 、温度 D 、晶体缺陷 2、测得某放大电路中BJT 的三个电极A 、B 、C 的各级电位为 V V V V V V C B A 2.6,6,9-=-=-= 则可以判断出 （ ） A ． A 是基极， B 是发射极， C 是集电极，是NPN 管 B．A是集电极，B是基极，C是发射极，是PNP管 C．A是集电极，B是发射极，C是基极，是PNP管 D．A是发射极，B是集电极，C是基极，是NPN管 3、P沟道增强型场效应管处于放大状态时要求（） A、UGS＞0，UDS＞0 B、UGS＜0，UDS＜0 C、UGS＞0，UDS＜0 D、UGS＜0，UDS＞0 4、某仪表的放大电路，要求Ri很大，输出电流稳定，则应采用（）形式来达到性能要求。 A、电流串联负反馈 B、电压并联负反馈 C、电流并联负反馈 D、电压串联负反馈 5、在长尾式差分放大电路中，电阻Re的作用是：（） A、提高Ri B、提高Avd C、提高K CMR D、提高Avc 6、差分放大电路的输出由双端输出改为由单端输出时，其K CMR将会（）。 A、增大 B、减小 C、不变 D、不能确定 7、乙类功率放大电路可以达到的最大效率是多少？（） A、100% B、78.5% C、50% D、20% 8、某单管共射基本放大电路，因晶体管损坏，采用β值为原来2倍的晶体管替换；问该放大电路的电压增益如何变化？（） A、增大为原来的2倍 B、降低为原来的一半 第一章半导体器件与放大电路习题 一、填空题 1. PN结的特性是单向导电性。 2.射极输出器具有：①输入电阻高，②输出电阻低，③放大倍数为1的特点。 3.互补对称功率放大电路中晶体管工作在甲乙类工作状态，主要是为了克服交越失真。 4.稳压二极管工作在反向击穿区，当外加电压撤除后，管子还是正常的，这种性能称为可逆性击穿。 二、选择题 1．电路如图1-1所示，所有二极管均为理想元件，则二极管D1、D2的工作状态为（Ｃ）。 、D2均截止 B. D1、D2均导通 C. D1导通，D2截止 D. D1截止，D2导通 图1-1 图1-2 为（ A ）。 2．电路如图1-2所示，二极管为理想元件，则电压U AB A. 6V B. 3V C. 9V D. 不确定 3.某晶体管工作在放大状态，测得三极电位分别是①～，②～1V，③～，则对三个电极的判定，( B )是正确的。 A.①～E，②～B，③～C B.①～B，②～E，③～C C.①～C，②～B，③～E D.①～B，②～C，③～E 4.若用万用表测二极管的正、反向电阻的方法来判断二极管的好坏，好的管子应为 ( C )。 A.正、反向电阻相等 B.正向电阻大，反向电阻小 C.反向电阻很大，正向电阻很小 D.正、反向电阻都等于无穷大 5.在N型半导体中参与导电的多数载流子是( A )。 A.自由电子 B.空穴 C.正离子 D.负离子 ( A )。 6.当温度升高时，晶体管的穿透电流I CEO A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定 7. 对于三极管放大作用的实质，下列说法正确的是（ D ）。 A.三极管可以把小能量放大成大能量 B.三极管可以把小电流放大成大电流 C.三极管可以把小电压放大成大电压 D.三极管用较小的电流控制较大的电流 8. 由共射极放大电路组成的两级阻容耦合放大电路，若将第二级换成射极输出器，则第一级的电压放大倍数将（ A ）。 A.增大 B.减小 C.不变 D.为零 9.电路如图1-3所示，设D Z1的稳定电压为6V ，D Z2的稳定电压为12V ，设稳压管的正向压降为，则输出电压U o 等于（ B ）。 图1- 3 三、计算题 1.在图1-4所示电路中，已知E=5V ，u i =10sin ωtV ，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压u o 的波形。 (a) (b) 图1-4 解：（ａ）u i > E ＝５Ｖ时，D 导通，u 0 = E ＝５Ｖ；u i < E 时，D 截止，u o = u i 。 (b ) u i > E ＝５Ｖ时，D 导通，u o = u i ；u i < E 时，D 截止，u 0 = E ＝５Ｖ。 u 0的波形分别如下图所示。 2.在图1-5所示稳压管电路中，已知稳压管的稳压值是6V ，稳定电流是10mA ，额定功耗为200mW ，限流电阻R=500Ω，试求： (1)当U i =18V ，R L =1KΩ时，U o=? I Z =? (2)当U i =18V ，R L =100Ω时，U o=? I Z =? 图1-5 解：(1)6Z U V =，18612R i Z U U U V =-=-=，126 24,60.51 R Z L L U U I mA I mA R R = =====，18Z L I I I mA =-= 模拟电子技术基础期末考试试题（B ） 姓名 班级 学号 计分 1．电路如图P1.4所示，已知u i ＝5sin ωt (V)，二极管导通电压U D ＝0.7V 。试画出u i 与u O 的波形，并标出幅值。 （5分） 2. 设图中A 为理想运放，请求出各电路的输出电压值。(12分) U 01 = U 02 = U 03 = U 04 = U 05 = U 06 = 3. 电路如图所示，设满足深度负反馈条件。 1．试判断级间反馈的极性和组态； 2．试求其闭环电压放大倍数A uf 。 （10分） (1) (2) 10 k Ω (3) 20 k Ω 2(5) 2 o5 (6) 2 20 k Ω 4. 试用相位平衡条件判断图示两个电路是否有可能产生正弦波振荡。如可能振荡，指出该振荡电路属于什么类型(如变压器反馈式、电感三点式、电容三点式等)，并估算其振荡频率。已知这两个电路中的L=0，C 1，C 2=F 。(8分) 5. 在图示电路中，设A 1、A 2、A 3均为理想运算放大器，其最大输出电压幅值为±12V 。 1． 试说明A 1、A 2、A 3各组成什么电路？ 2． A 1、A 2、A 3分别工作在线形区还是非线形区？ 3． 若输入为1V 的直流电压，则各输出端u O1、u O2、u O3的电压为多大？（10分） V CC V CC (a ) C b (b ) r=100Ω。 6．电路如图所示，晶体管的 ＝100，' bb A 、R i和R o； （1）求电路的Q点、 u （2）若电容C e开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？（15分） r=100Ω，U B E Q≈0.7。试计算R W滑动端7．图所示电路参数理想对称，晶体管的β均为50，' bb 在中点时T1管和T2管的发射极静态电流I EQ，以及动态参数A d和R i。（15分） 第6章习题答案 1. 概念题： （1）由运放组成的负反馈电路一般都引入深度负反馈，电路均可利用虚短路和虚断路的概念来求解其运算关系。 （2）反相比例运算电路的输入阻抗小，同相比例运算电路的输入阻抗大，但会引入了共模干扰。 （3）如果要用单个运放实现：A u＝－10的放大电路，应选用 A 运算电路；将正弦波信号移相＋90O，应选用 D 运算电路；对正弦波信号进行二倍频，应选用 F 运算电路；将某信号叠加上一个直流量，应选用 E 运算电路；将方波信号转换成三角波信号，应选用 C 运算电路；将方波电压转换成尖顶波信号，应选用 D 运算电路。 A. 反相比例 B. 同相比例 C. 积分 D. 微分 E. 加法 F. 乘方 （4）已知输入信号幅值为1mV，频率为10kHz～12kHz，信号中有较大的干扰，应设置前置放大电路及带通滤波电路进行预处理。 （5）在隔离放大器的输入端和输出端之间加100V的电压会击穿放大器吗？（不会）加1000V的交流电压呢？（不会） （6）有源滤波器适合于电源滤波吗？（不适用）这是因为有源滤波器不能通过太大的电流或太高的电压。 （7）正弦波发生电路中，输出端的晶体管一定工作在放大区吗？（一定）矩形波发生电路中，输出端的晶体管一定工作在放大区吗？（不一 定） （8）作为比较器应用的运放，运放一般都工作在非线性区，施密特比较器中引入了正反馈，和基本比较器相比，施密特比较器有速度快和抗干扰性强的特点。 （9）正弦波发生电路的平衡条件与放大器自激的平衡条件不同，是因为反馈耦合端的极性不同，RC正弦波振荡器频率不可能太高，其原因是在高频时晶体管元件的结电容会起作用。 （10）非正弦波发生器离不开比较器和延时两个环节。 （11）当信号频率等于石英晶体的串联谐振或并联谐振频率时，石英晶体呈阻性；当信号频率在石英晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，石英晶体呈感性；其余情况下石英晶体呈容性。 （12）若需要1MHz以下的正弦波信号，一般可用 RC 振荡电路；若需要更高频率的正弦波，就要用 LC 振荡电路；若要求频率稳定度很高，则可用石英晶体振荡电路。 （13）设计一个输出功率为20W的扩音机电路，若用乙类互补对称功率放大，则应选至少为 4 瓦的功率管两个。 （14）对于甲类变压器音频功率放大电路，在没有输入信号时，扬声器不发声，这时管子的损耗最小。对吗？（不对，此时管子功耗最大）（15）线性电源的调整管工作在放大区，所以称为线性电源， 《电力电子技术》习题及解答 第1章思考题与习题 1.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流(或脉冲）。 导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压UＡ决定。 1．2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流ＩＡ减小，ＩA下降到维持电流I H以下时,晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断,其两端电压大小由电源电压U A决定。 1.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化? 答:温度升高时,晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流IＨ会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。 １.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种? 答：非正常导通方式有:（1) I g=0,阳极电压升高至相当高的数值;(1) 阳极电压上升率ｄu/dt过高；(3) 结温过高。 1.5请简述晶闸管的关断时间定义。 答:晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时 间。即gr rr q t t t +=。 1.６试说明晶闸管有哪些派生器件? 答:快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 １.7请简述光控晶闸管的有关特征。 答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管,在光的照射下,光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 1.8型号为KP1０0-3，维持电流I H =４ｍＡ的晶闸管，使用在图题1．8所示电路中是否合理,为什么?（暂不考虑电压电流裕量） 图题１.8 答:(a ）因为H A I mA K V I <=Ω =250100,所以不合理。 (b) 因为A V I A 2010200=Ω =, ＫP100的电流额定值为１00A ，裕量达5倍,太大了。 (c)因为A V I A 1501150=Ω= ，大于额定值，所以不合理。 1．９ 图题1.９中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m ,试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。 解：图(ａ): I Ｔ（A Ｖ)=π 21?πωω0)(sin t td I m =πm I ＩT ＝?πωωπ02)()sin (21t d t I m =2 m I 《电力电子技术》习题及解答 思考题与习题 什么是整流它与逆变有何区别 答：整流就是把交流电能转换成直流电能，而将直流转换为交流电能称为逆变，它是对应于整流的逆向过程。 单相半波可控整流电路中，如果： (1)晶闸管门极不加触发脉冲； (2)晶闸管内部短路； (3)晶闸管内部断开； 试分析上述三种情况负载两端电压u d和晶闸管两端电压u T的波形。 答：（1）负载两端电压为0，晶闸管上电压波形与U2相同； （2）负载两端电压为U2，晶闸管上的电压为0； （3）负载两端电压为0，晶闸管上的电压为U2。 某单相全控桥式整流电路给电阻性负载和大电感负载供电，在流过负载电流平均值相同的情况下，哪一种负载的晶闸管额定电流应选择大一些 答：带大电感负载的晶闸管额定电流应选择小一些。由于具有电感，当其电流增大时，在电感上会产生感应电动势，抑制电流增加。电阻性负载时整流输出电流的峰值大些，在流过负载电流平均值相同的情况下，为防此时管子烧坏，应选择额定电流大一些的管子。 某电阻性负载的单相半控桥式整流电路，若其中一只晶闸管的阳、阴极之间被烧断，试画出整流二极管、晶闸管两端和负载电阻两端的电压波形。 解：设α=0，T 2被烧坏，如下图： 相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么带大电感负载时，负载电阻R d 上的U d 与I d 的乘积是否等于负载有功功率，为什么 答：相控整流电路带电阻性负载时，负载电阻上的平均功率d d d I U P =不等于负载有功功率UI P =。因为负载上的电压、电流是非正弦波，除了直流U d 与I d 外还有谐波分量Λ ,,21U U 和Λ,,21I I ，负载上有功功率为Λ+++=22212P P P P d >d d d I U P =。 模拟电子技术基础试题汇总 1.选择题 1．当温度升高时，二极管反向饱和电流将 ( A )。 A 增大 B 减小 C 不变 D 等于零 2. 某三极管各电极对地电位如图所示，由此可判断该三极管( D ) A. 处于放大区域 B. 处于饱和区域 C. 处于截止区域 D. 已损坏 3. 某放大电路图所示.设V CC>>V BE, L CEO≈0，则在静态时该三极管 处于( B ) A.放大区 B.饱和区 C.截止区 D.区域不定 4. 半导体二极管的重要特性之一是( B )。 ( A)温度稳定性 ( B)单向导电性 ( C)放大作用 ( D)滤波特性 5. 在由NPN型BJT组成的单管共发射极放大电路中，如静态工 作点过高，容易产生 ( B )失真。 ( A)截止失真( B)饱和v失真( C)双向失真( D)线性失真 6.电路如图所示，二极管导通电压U D＝0.7V，关于输出电压的说法正确的是( B )。 A：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为3.7V。 B：u I1=3V，u I2=0.3V时输出电压为1V。 C：u I1=3V，u I2=3V时输出电压为5V。 D：只有当u I1=0.3V，u I2=0.3V时输出电压为才为1V。 7.图中所示为某基本共射放大电路的输出特性曲线，静态工作点由Q2点移动到Q3点可 能的原因是 。 A：集电极电源+V CC电压变高B：集电极负载电阻R C变高 C：基极电源+V BB电压变高D：基极回路电阻 R b变高。 8. 直流负反馈是指( C ) A. 存在于RC耦合电路中的负反馈 B. 放大直流信号时才有的负反馈 C. 直流通路中的负反馈 D. 只存在于直接耦合电路中的负反馈 9. 负反馈所能抑制的干扰和噪声是( B ) A 输入信号所包含的干扰和噪声 B. 反馈环内的干扰和噪声 C. 反馈环外的干扰和噪声 D. 输出信号中的干扰和噪声 10. 在图所示电路中，A为理想运放，则电路的输出电压约为( A ) A. －2.5V B. －5V C. －6.5V D. －7.5V 11. 在图所示的单端输出差放电路中，若输入电压△υS1=80mV, △υS2=60mV,则差模输 入电压△υid为( B ) A. 10mV B. 20mV C. 70mV D. 140mV 12. 为了使高内阻信号源与低阻负载能很好地配合，可以在信 号源与低阻负载间接入 ( C )。 A. 共射电路 B. 共基电路 一、填空题 1、右图中二极管为理想器件， V1工作在_导通__ 状态；V2工作在__截止___状态。 2、差分放大器对差模信号有较强的放大能力，对共模信号有较强的__抑制__能力。 3、三级管工作在放大区时，发射结__正向__偏置，集电结__反向__偏置， 工作在饱和区时，发射结__正向_偏置，集电结_正向__偏置。 4、根据反馈的分类方式，负反馈电路有4种组合形式，即_串联负反馈、_并联负反馈__、_电流负反馈_、电压负反馈。 5、理想集成运算放大器有两个重要特性对分析线性运用电路非常有用，他们分别是虚短、虚断。 6、逻辑函数的表示形式有四种：逻辑函数式、______真值表____、卡诺图和逻辑图。 7、将十六进制（0BF）转换成十进制= __191________。 8、计数器、寄存器、编码器、译码器中，属于组合逻辑电路的是___译码器编码器___，属于时序逻辑电路的是_____计数器、寄存器_________ 。 9、共阳接法的发光二极管数码显示器，应采用___低_______电平驱动的七段显示译码器。 1、数字信号只有 0 和 1 两种取值。 2、十进制123的二进制数是 1111011 ；八进制数是 173 ；十六进制数是 7B 。 3、一位十进制计数器至少需要 4 个触发器。 4、有一A/D转换器，其输入和输出有理想的线性关系。当分别输入0V和5V电压时，输出的数字量为00H 和FFH，可求得当输入2V电压时，电路输出的数字量为： 66H 。 5、设ROM容量为256字×8位，则它应设置地址线 8 条，输出线 8 条。 6、用256字×4位RAM，扩展容量为1024字×8位RAM，则需要 8 片 1、在常温下，锗二极管的门槛电压约为 0.1 V，导通后在较大电流下的正向压降约为 0.2 V。 2、三极管须使发射结正向偏置，集电结反向偏置才能工作在放大区。 3、一般直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路 和稳压电路四个部分组成。 4、按移位方向，移位寄存器可分为单向移动寄存器和双向移动寄存器。 5、三态门的“三态”指输出高电平，输出低电平和输出高阻态。 6、（101111）(2)=47(10),(87)(10)=1010111(2) 7、用一个称为时钟的特殊定时控制信号去限制存储单元状态的改变时间，具有这种特点的存储单元电路称为触发器。 8、时序电路分为组合电路和存储电路两种。 二、选择题 1、离散的，不连续的信号，称为（B ） A、模拟信号 B、数字信号 2、在下列逻辑部件中，不属于组合逻辑部件的是（ D ）。 A．译码器B．编码器 C．全加器D．寄存器 《电力电子技术》习题解答 第1章电力电子器件思考题与习题 2.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 2.2晶闸管的关断条件是什么?如何实现?晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？ 2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？ 2.5请简述晶闸管的关断时间定义。 2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？ 2.7请简述光控晶闸管的有关特征。 2.8型号为KP100-3，维持电流I H=4mA的晶闸管，使用在图题2.8所示电路中是否合理，为什么?(暂不考虑电压电流裕量) 图题2.8 2.9 图题2.9中实线部分表示流过晶闸管的电流波形，其最大值均为I m，试计算各图的电流平均值．电流有效值和波形系数。 图题2．9 2.10上题中，如不考虑安全裕量，问额定电流100A的晶闸管允许流过的平均电流分别是多少? 2.11某晶闸管型号规格为KP200-8D，试问型号规格代表什么意义? 2.12如图题2.12所示，试画出负载R d上的电压波形(不考虑管子的导通压降)。 图题2.12 2.13在图题2.13中，若要使用单次脉冲触发晶闸管T导通，门极触发信号（触发电压为脉冲）的宽度最小应为多少微秒（设晶闸管的擎住电流I L=15mA）？ 图题2.13 2.14单相正弦交流电源，晶闸管和负载电阻串联如图题2.14所示，交流电源电压有效值为220V。 (1)考虑安全余量，应如何选取晶闸管的额定电压？ (2)若当电流的波形系数为K f=2.22时，通过晶闸管的有效电流为100A，考虑晶闸管的安全余 《电力电子技术》习题解答 第2章 思考题与习题 2.1晶闸管的导通条件是什么? 导通后流过晶闸管的电流和负载上的电压由什么决定? 答：晶闸管的导通条件是：晶闸管阳极和阳极间施加正向电压，并在门极和阳极间施加正向触发电压和电流（或脉冲）。 导通后流过晶闸管的电流由负载阻抗决定，负载上电压由输入阳极电压U A 决定。 2.2晶闸管的关断条件是什么? 如何实现? 晶闸管处于阻断状态时其两端的电压大小由什么决定? 答：晶闸管的关断条件是：要使晶闸管由正向导通状态转变为阻断状态，可采用阳极电压反向使阳极电流I A 减小，I A 下降到维持电流I H 以下时，晶闸管内部建立的正反馈无法进行。进而实现晶闸管的关断，其两端电压大小由电源电压U A 决定。 2.3温度升高时，晶闸管的触发电流、正反向漏电流、维持电流以及正向转折电压和反向击穿电压如何变化？ 答：温度升高时，晶闸管的触发电流随温度升高而减小，正反向漏电流随温度升高而增大，维持电流I H 会减小，正向转折电压和反向击穿电压随温度升高而减小。 2.4晶闸管的非正常导通方式有哪几种？ 答：非正常导通方式有：(1) I g =0，阳极电压升高至相当高的数值；(1) 阳极电压上升率du/dt 过高；(3) 结温过高。 2.5请简述晶闸管的关断时间定义。 答：晶闸管从正向阳极电流下降为零到它恢复正向阻断能力所需的这段时间称为关断时间。即gr rr q t t t +=。 2.6试说明晶闸管有哪些派生器件？ 答：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管等。 2.7请简述光控晶闸管的有关特征。 答：光控晶闸管是在普通晶闸管的门极区集成了一个光电二极管，在光的照射下，光电二极管电流增加，此电流便可作为门极电触发电流使晶闸管开通。主要用于高压大功率场合。 2.8型号为KP100-3，维持电流I H =4mA 的晶闸管，使用在图题2.8所示电路中是否合理，为什 半导体器件的基础知识 1.1 电路如图P1.1所示，已知u i＝5sinωt (V)，二极管导通电压U D＝0.7V。试画出u i 与u O的波形，并标出幅值。 图P1.1 解图P1.1 解：波形如解图P1.1所示。 1.2 电路如图P1.2（a）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b）所示，二极管导通电压U D＝0.7V。试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。 图P1.2 解：u O的波形如解图P1.2所示。 解图P1.2 1.3 已知稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，稳定电流的最小值I Zmin ＝5mA ，最大功耗P ZM ＝150mW 。试求图P1.3所示电路中电阻R 的取值范围。 图P1.3 解：稳压管的最大稳定电流 I ZM ＝P ZM /U Z ＝25mA 电阻R 的电流为I ZM ～I Zmin ，所以其取值范围为 Ω =-=k 8.136.0Z Z I ～I U U R 1.4 已知图P1.4所示电路中稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，最小稳定电流I Zmin ＝5mA ，最大稳定电流I Zmax ＝25mA 。 （1） 别计算U I 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压U O 的值； （2） 若U I ＝35V 时负载开路，则会出现什么现象?为什么？ 图P1.4 解：（1）当U I ＝10V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故 V 33.3I L L O ≈?+=U R R R U 当U I ＝15V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故 L O I L 5V R U U R R =?≈+ 当U I ＝35V 时，稳压管中的电流大于最小稳定电流I Zmin ，所以U O ＝U Z ＝6V 。 （2）=-=R U U I )(Z I D Z 29mA ＞I ZM ＝25mA ，稳压管将因功耗过大而损坏。 1.5 电路如图P1.5（a ）、（b ）所示，稳压管的稳定电压U Z ＝3V ，R 的取值合适，u I 的波 【理论测验】 一、单项选择题： 1．不属于对助焊剂的要求的是（C ） A、常温下必须稳定，熔点应低于焊料 B、在焊接过程中具有较高的活化性，较低的表面张力，粘度和比重应小于焊料 C、绝缘差、无腐蚀性、残留物无副作用，焊接后的残留物难清洗 D、不产生有刺激性的气味和有害气体，熔化时不产生飞溅或飞沫 2．松香酒精溶液的松香和酒精的比例为（B ） A、1：3 B、3：1 C、任何比例均可 3．烙铁头按照材料分为合金头和纯铜头，使用寿命长的烙铁头是（ A ） A、合金头 B、纯铜头 4．焊接一般电容器时，应选用的电烙铁是（ A ） A、20W内热式 B、35W内热式 C、60W外热式 D、100W外热式5．150W外热式电烙铁采用的握法是（ B ） A、正握法 B、反握法 C、握笔法 6．印刷电路板的装焊顺序正确的是（C ） A、二极管、三极管、电阻器、电容器、集成电路、大功率管，其它元器件是先小后大。 B、电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件是先大后小。 C、电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件是先小后大。 D、电阻器、二极管、三极管、电容器、集成电路、大功率管，其它元器件是先大后小。7．在更换元器件时就需要拆焊，属于拆焊用的工具的是（A ） A、电烙铁、铜纺织线、镊子 B、电烙铁、铜纺织线、螺丝刀 C、电烙铁、镊子、螺丝刀 D、铜纺织线、镊子、螺丝刀 二、多项选择题 1．焊点出现弯曲的尖角是由于（AB ） A、焊接时间过长，烙铁撤离方向不当 B、焊剂太多，烙铁撤离方向不当 C、电烙铁功率太大造成的 D、电烙铁功率太小造成的 2．焊接一只低频小功率三极管应选用的电烙铁是（A ） A、20W内热式 B、35W内热式 C、50W外热式 D、75W外热式 ３．75W外热式电烙铁（B ） A、一般做成直头，使用时采用握笔法 B、一般做成弯头，使用时采用正握法 C、一般做成弯头，使用时采用反握法 D、一般做成直头，使用时采用正握法４．下列电烙铁适合用反握法的是（ D ） A、20W B、35W C、60W D、150W ５．20W内热式电烙铁主要用于焊接（ D ） A、8W以上电阻 B、大电解电容器 C、集成电路 D、以上答案都不对６．焊点表面粗糙不光滑（ B ） A、电烙铁功率太大或焊接时间过长 B、电烙铁功率太小或焊丝撤离过早 C、焊剂太多造成的 D、焊剂太少造成的 ７．电烙铁“烧死”是指（ C ） A、烙铁头不再发热 B、烙铁头粘锡量很多，温度很高 C、烙铁头氧化发黑，烙铁不再粘锡 D、烙铁头内电热丝烧断，不再发热 3章 交流-直流变换电路 课后复习题 第1部分：填空题 1.电阻负载的特点是 电压与电流波形、相位相同；只消耗电能，不储存、释放电能 ，在单相半波可控整流电阻性负载电路中，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0? ≤a ≤ 180? 。 2.阻感负载的特点是 电感对电流变化有抗拒作用，使得流过电感的电流不发生突变 ，在单相半波可控整流带阻感负载并联续流二极管的电路中，晶闸管控制角α的 最大移相范围是 0? ≤a ≤ 180? 2 ， 2 （设U 2为相电压有效值）。 3.单相桥式全控整流电路中，带纯电阻负载时，α角移相范围为 0? ≤a ≤ 180? ，单个晶闸管所承受的最大正向电压和反向电压分别为2 和 22U ；带阻感负载时，α角移相范围为 0? ≤a ≤ 90? ，单个晶闸管所承受 的最大正向电压和反向电压分别为 22U 2 ； 带反电动势负载时，欲使电阻上的电流不出现断续现象，可在主电路中直流输出侧串联一个 平波电抗器(大电感) 。 4.单相全控桥反电动势负载电路中，当控制角α大于不导电角δ时，晶闸管的导通角θ = 180?-2δ ; 当控制角α小于不导电角 δ 时，晶闸管的导通角 θ = 0? 。 5.从输入输出上看，单相桥式全控整流电路的波形与 单相全波可控整流电路 的波形基本相同，只是后者适用于 较低 输出电压的场合。 6.电容滤波单相不可控整流带电阻负载电路中，空载时，输出电压为 22U ，随负载加重U d 逐渐趋近于0.9 U 2，通常设计时，应取RC≥ 1.5~2.5T ，此时输出电压为U d ≈ 1.2 U 2(U 2为相电压有效值)。 7.电阻性负载三相半波可控整流电路中，晶闸管所承受的最大正向电压 U Fm 2 ，晶闸管控制角α的最大移相范围是 0?≤a ≤90? ，使负载电流 连续的条件为 a ≤30? (U 2为相电压有效值)。 8.三相半波可控整流电路中的三个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差 120? ，当它带阻感负载时，α的移相范围为 0?≤a ≤90? 。 9.三相桥式全控整流电路带电阻负载工作中，共阴极组中处于通态的晶闸管对应的是 电压最高 的相电压，而共阳极组中处于导通的晶闸管对应的是电压最低 的相电压；这种电路 α 角的移相范围是 0?≤a ≤120? ，u d 波形连续的条件是 a ≤60? 。 第一章作业 1. 使晶闸管导通的条件是什么？ 答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：u AK>0且u GK>0。 2. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？ 答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。 3. 图1-43 中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为I m，试计算各波形的电流平均值I d1、I d2、I d3与电流有效值I1、I2、I3。 解：（a） (b) (c) 第二章作业 1. 单相半波可控整流电路对电感负载供电，L＝20mH，U2＝100V，求当α＝0?和60? 时的负载电流I d，并画出u d与i d波形。 解：α＝0?时，在电源电压u2的正半周期晶闸管导通时，负载电感L储能，在晶闸管开始导通时刻，负载电流为零。在电源电压u2的负半周期，负载电感L释放能量，晶闸管继续导通。因此，在电源电压u2的一个周期里，以下方程均成立： 考虑到初始条件：当ωt＝0 时i d＝0 可解方程得： u d与i d的波形如下图： 当α＝60°时，在u2正半周期60?~180?期间晶闸管导通使电感L储能，电感L储藏的能量在u2负半周期180?~300?期间释放，因此在u2一个周期中60?~300?期间以下微分方程成立： 考虑初始条件：当ωt＝60 时i d＝0 可解方程得： 其平均值为 此时u d与i d的波形如下图： 2．图2-9为具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，问该变压器还有直流磁 ；②当负载是电阻或电化问题吗？试说明：①晶闸管承受的最大反向电压为 2 感时，其输出电压和电流的波形与单相全控桥时相同。 答：具有变压器中心抽头的单相全波可控整流电路，该变压器没有直流磁化的问题。因为单相全波可控整流电路变压器二次测绕组中，正负半周内上下绕组内电流的方向相反，波形对称，其一个周期内的平均电流为零，故不会有直流磁化的问题。 以下分析晶闸管承受最大反向电压及输出电压和电流波形的情况。 ①以晶闸管VT2为例。当VT1导通时，晶闸管VT2通过VT1与2个变压器二次绕 。 组并联，所以VT2承受的最大电压为 2 ②当单相全波整流电路与单相全控桥式整流电路的触发角a 相同时，对于电阻 第一章 数字逻辑习题 1．1数字电路与数字信号 1.1.2 图形代表的二进制数 010110100 1．1．4一周期性数字波形如图题所示，试计算： （1）周期；（2）频率；（3）占空比例 MSB LSB 0 1 2 11 12 （ms ） 解：因为图题所示为周期性数字波，所以两个相邻的上升沿之间持续的时间为周期，T=10ms 频率为周期的倒数，f=1/T=1/0.01s=100HZ 占空比为高电平脉冲宽度与周期的百分比，q=1ms/10ms*100%=10% 1.2数制 1.2.2将下列十进制数转换为二进制数，八进制数和十六进制数（要求转换误差不大于 4 2?（2）127 （4）2.718 解：（2） （127）D=-1=（10000000）B-1=（1111111）B =（177）O=（7F ）H 7 2（4）（2.718）D=(10.1011)B=(2.54)O=(2.B)H 1.4二进制代码 1.4.1将下列十进制数转换为8421BCD 码： （1）43 （3）254.25 解：（43）D=（01000011）BCD 1.4.3试用十六进制写书下列字符繁荣ASC Ⅱ码的表示：P28 （1）+ （2）@ （3）you (4)43 解：首先查出每个字符所对应的二进制表示的ASC Ⅱ码，然后将二进制码转换为十六进制数表示。 （1）“+”的ASC Ⅱ码为0101011，则（00101011）B=（2B ）H （2）@的ASC Ⅱ码为1000000,(01000000)B=(40)H (3)you 的ASC Ⅱ码为本1111001,1101111,1110101,对应的十六进制数分别为79,6F,75 (4)43的ASC Ⅱ码为0110100,0110011,对应的十六紧张数分别为34,33 1.6逻辑函数及其表示方法 1.6.1在图题1. 6.1中，已知输入信号A ，B`的波形，画出各门电路输出L 的波形。电力电子技术课后习题全部答案解析
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湖南大学电子技术 数字部分 习题答案