秦曾煌《电工学·电子技术》（第7版）（下册）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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内容简介
目录
第14章　半导体器件
　14.1　复习笔记
　14.2　课后习题详解
　14.3　名校考研真题详解
第15章　基本放大电路
　15.1　复习笔记
　15.2　课后习题详解
　15.3　名校考研真题详解
第16章　集成运算放大器
　16.1　复习笔记
　16.2　课后习题详解
　16.3　名校考研真题详解
第17章　电子电路中的反馈
　17.1　复习笔记
　17.2　课后习题详解
　17.3　名校考研真题详解
第18章　直流稳压电源
　18.1　复习笔记
　18.2　课后习题详解
　18.3　名校考研真题详解
第19章　电力电子技术
　19.1　复习笔记
　19.2　课后习题详解
　19.3　名校考研真题详解
第20章　门电路和组合逻辑电路
　20.1　复习笔记
　20.2　课后习题详解
　20.3　名校考研真题详解
第21章　触发器和时序逻辑电路
　21.1　复习笔记
　21.2　课后习题详解
　21.3　名校考研真题详解
第22章　存储器和可编程逻辑器件
　22.1　复习笔记
　22.2　课后习题详解
　22.3　名校考研真题详解
第23章　模拟量和数字量的转换
　23.1　复习笔记
　23.2　课后习题详解
　23.3　名校考研真题详解
                                                                                                                                                                                                    内容简介                                                                                            


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内容预览
第14章　半导体器件
14.1　复习笔记
一、半导体的导电特性
半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料。很多半导体的导电能力在不同条件下有很大的差别。
1．本征半导体
本征半导体：完全纯净的，晶格完整的半导体。
　 在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子结合。每一个原子的一个价电子与另一个原子的一个价电子组成一个电子对，构成共价键。共价键中的电子在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子。
空穴：在电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。空穴运动相当于正电荷的运动。
当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两部分电流：
（1）一是自由电子作定向运动所形成的电子电流。
（2）二是仍被原子核束缚的价电子（注意，不是自由电子）递补空穴所形成的空穴电流。
在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。自由电子和空穴都称为载流子。
2.N型半导体和P型半导体
杂质半导体：本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）后，导电性能大大增强的半导体。
（1）N型半导体
N型半导体：在硅或锗的晶体中掺入磷（或其他五价元素），以自由电子导电为主要导电方式的半导体。在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴则是少数载流子。
（2）P型半导体
P型半导体：在硅或锗晶体中掺入硼（或其他三价元素），以空穴导电为主要导电方式的半导体。在P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。
注意：N型半导体和P型半导体虽然都有一种载流子占多数，但晶体仍然是不带电的。
二、PN结及其单向导电性
PN结：在P型半导体和N型半导体的交界面形成的一个特殊薄层。
（1）当在PN结上加正向电压，P区的多数载流子空穴和N区的多数载流子自由电子在电场作用下通过PN结进入对方，两者形成较大的正向电流。此时PN结呈现低电阻，处于导通状态。
（2）当在PN结上加反向电压，P区和N区的多数载流子受阻，难于通过PN结。但P区的少数载流子自由电子和N区的少数载流子空穴在电场作用下却能通过PN结进入对方，形成反向电流，由于少数载流子数量很少，因此反向电流极小。此时PN结呈现高电阻，处于截止状态。
三、二极管
1．基本结构
（1）定义：将PN结加上相应的电极引线和管壳就成为二极管。
（2）分类：二极管有点接触型、面接触型和平面型三类。
①点接触型二极管：（一般为锗管）如图14-1(a)所示。它的PN结结面积很小（结电容小），因此不能通过较大电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。
②面接触型二极管（一般为硅管）如图14-1（b）所示。它的PN结结面积大（结电容大），故可通过较大电流．但其工作频率较低，一般用作整流。
③平面型二板管如图14-1（c）所示，可用作大功率整流管和数字电路中的开关管。
（3）图14-1（d）所示是二极管的符号。

图14-1 二极管
（a）点接触型；（b）面接触型；（c）平面型；（d）符号
2．伏安特性
二极管是一个PN结，具有单向导电性，其伏安特性曲线如图14-2所示。
（1）当外加正向电压很低时，正向电流很小，几乎为零。
（2）当正向电压超过一定数值后，电流增长很快，这个一定数值的正向电压称为死区电压或开启电压。通常，硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V，导通时的正向压降，硅管为0.6~0.8V，锗管为0.2~0.3V。

图14-2 二极管的伏安特性曲线
（a）2CZ52A二极管；（b）2AP2锗二极管
（3）在二极管上加反向电压会形成很小的反向电流。
①反向饱和电流
反向饱和电流：在反向电压不超过某一范围时反向电流的大小基本恒定。
击穿：当外加反向电压过高时，反向电流将突然增大，二极管失去单向导电性。
反向击穿电压：产生击穿时加在二极管上的反向电压。
②反向电流特点：
a．它随温度的上升增长很快。
b．在反向电压不超过某一范围时形成反向饱和电流。
c．而当外加反向电压过高时，二极管被击穿。
3．主要参数
（1）最大整流电流

：最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。
（2）反向工作峰值电压

：保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。
（3）反向峰值电流

：指在二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。
二极管的应用主要都是利用它的单向导电性。可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件等。
四、稳压二极管
1．基本结构
稳压二极管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，它在电路中与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用。其符号和外形如图14-3所示。

图14-3 稳压二极管的符号和外形图
2．伏安特性
（1）稳压二极管的伏安特性曲线如图14-4所示，与普通二极管的差异是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。
（2）稳压二极管工作于反向击穿区：
①反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。
②当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，稳压二极管反向击穿，此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压二极管两端的电压变化很小。
稳压二极管的反向击穿是可逆的。当去掉反向电压之后，稳压二极管又恢复正常。但是，如果反向电流超过允许范围，稳压二极管将会发生热击穿而损坏。

图14-4 稳压二极管的伏安特性曲线
3．主要参数
（1）稳定电压UZ
稳定电压就是稳压二极管在正常工作下管子两端的电压。
（2）电压温度系数αU：稳压值受温度变化影响的系数。
一般来说：
①低于6V的稳压二极管的电压温度系数是负的
②高于6V的稳压二极管，电压温度系数是正的
③而在6V左右的管子，稳压值受温度的影响就比较小。因此，选用稳定电压为6V左右的稳压二极管，可得到较好的温度稳定性。
（3）动态电阻rZ：动态电阻是指稳压二极管两端电压的变化量与相应的的电流变化量的比值，即

稳压二极管的反向伏安特性曲线愈陡，则动态电阻愈小，稳压性能愈好。
（4）稳定电流IZM：稳定电流只是一个作为依据的参号数值，但对每一种型号的稳压二极管，都规定有一个最大稳定电流

（5）最大允许耗散功率

：管子不致发生热击穿的最大功率损耗


五、双极型晶体管
双极型晶体管又称三极管，通常简称为晶体管，是最重要的一种半导体器件。
1．基本结构
晶体管分类：
（1）平面型和合金型：硅管主要是平面型，锗管都是合金型。
（2）NPN型和PNP型：每一类都分成基区、发射区和集电区，分别引出基极B、发射极E和集电极C。
每一类都有两个PN结：a．基区和发射区之间的结称为发射结；b．基区和集电区之间的结称为集电结。其结构示意图和符号如图14-5所示。

图14-5 晶体管的结构示意图和符号
（a）NPN型；（b）PNP型
2．电流分配和放大原理
（1）发射区向基区扩散电子
①NPN型管的发射区自由电子（多数载流子）的浓度大，而基区自由电子（少数载流子）的浓度小，所以自由电子要从浓度大的发射区（N型）向浓度小的基区（P型）扩散。
②由于发射结处于正向偏置，发射区自由电子的扩散运动加强，不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。
③基区的多数载流子（空穴）也要向发射区扩散，但由于基区的空穴浓度比发射区的自由电子的浓度小得多，因此空穴电流很小，可以忽略不计。
（2）电子在基区扩散和复合
①从发射区扩散到基区的自由电子起初都聚集在发射结附近，靠近集电结的自由电子很少，形成了浓度上的差别，因而自由电子将向集电结方向继续扩散。在扩散过程中，自由电子不断与空穴（P型基区中的多数载流子）相遇而复合。
②由于基区接电源

的正极，基区中受激发的价电子不断被电源拉走，这相当于不断补充基区中被复合掉的空穴，形成电流

（图14-6），它基本上等于基极电流IB。
在中途被复合掉的电子越多，扩散到集电结的电子就越少，这不利于晶体管的放大作用。为此，基区就要做得很薄，基区掺杂浓度要很小，这样才可以大大减少电子与基区空穴复合的机会。使绝大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。
放大的内部条件：基区就要做得很薄，基区掺杂浓度要很小。

图14-6 晶体管中的电流
（3）集电区收集从发射区扩散过来的电子
①由于集电结反向偏置，它阻挡集电区（N型）的自由电子向基区扩散，但可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的自由电子拉入集电区，从而形成电流

，它基本上等于集电极电流IC。
②由于集电结反向偏置，集电区的少数载流子（空穴）和基区的少数载流子（电子）将向对方运动，形成电流

，这电流数值很小，它构成集电极电流IC和基极电流IB的一小部分，但受温度影响很大，并与外加电压的大小关系不大。
从发射区扩散到基区的电子中只有很小一部分在基区复合，绝大部分到达集电区。也就是构成发射极电流IE的两部分中,

部分是很小的．而

部分所占的百分比是大的。这个比值用

表示，即

放大的外部条件：发射结上加的是正向电压，集电结上加的就是反向电压。
①对NPN型管而言。

和

都是正值。
②而对PNP型管而言，它们都是负值。
3．特性曲线
（1）输入特性
输入特性曲线是指当集射极电压

为常数时，输入电路（基极电路）中基极电流IR与基-射极电压

之间的关系曲线

，如图14-7所示。

图14-7 3DG100D晶体管的输入特性曲线
由图14-7可见，和二极管的伏安特性一样。晶体管输入特性也有一段死区。只有在发射结外加电压大于死区电压时，晶体管才会出现IB。
（2）输出特性
输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路（集电极电路）中集电极电流IC与集-射极电压

之间的关系曲线

，如图14-8所示。
有三种工作状态。结合图14-9的电路来分析（集电极电路中接有电阻RC）。

　

图14-8 DG100D晶体管的输出特性曲线　图14-9 共发射极电路
①放大区：输出特性曲线的近于水平部分是放大区。此时，

，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。
②截止区：IB＝0的曲线以下的区域称为截止区，集电结和发射结都处于反向偏置。此时，

，

，

发射极与集电极之间的电阻很大。
③饱和区：集电结处于正向偏置，发射结也处于正向偏置。此时，

，

发射极与集电极之间电阻很小。
可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。
4．主要参数
（1）电流放大系数

，β
①当晶体管接成共发射极电路时，在静态时集电极电流IC与基极电流IB的比值称为其发射极静态电流（直流）放大系数

②当晶体管工作在动态时．基极电流的变化量为△IB，它引起集电极电流的变化量为△IC。△IC与△IB的比值称为动态电流（交流）放大系数

（2）集-基极反向截止电流

：发射极开路时由于集电结处于反向偏置，集点区和基区中的少数载流子向对方运动所形成的电流，受温度的影响大。
（3）集-射极反问截止电流

：当IB＝0、集电结反向偏置和发射结正向偏置时的集电极电流，又称为穿透电流。
（4）集电极最大允许电流

：集电极电流超过IC一定值时，晶体管的β值要下降，当β值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流。
（5）集-射极反向击穿电压

：基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。
（6）集电极最大允许耗散功率

：当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。
六、光电器件
1．发光二极管
当在发光二极管（LED）上加正向电压并有足够大的正向电流时，就能发出清晰的光。
2．光电二极管
光电二极管是利用PN结的光敏特性，将接收到的光的变化转换为电流的变化。
光电二极管是在反向电压作用下工作的。
（1）当无光照时，和普通二极管一样，其反向电流很小（通常小于0.2μA），称为暗电
流。
（2）当有光照时，产生的反向电流称为光电流。照度E愈强，光电流也愈大。
光电流很小，一段只有几十微安，应用时必须进行放大。
3．光电晶体管
普通晶体管是用基极电流IB的大小来控制集电极电流，而光电晶体管是用入射光照度E的强弱来控制集电极电流的。因此两者的输出特性曲线相似，只是用E来代替IB。
（1）当无光照时，集电极电流

很小，称为暗电流。
（2）有光照时的集电极电流称为光电流。

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