1、经典模拟电子线路常见问题与解答半导体基础1什么是半导体?答：顾名思义，半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅(Si)和锗(Ge)等。2半导体主要有哪些特性?答：半导体主要有三个特性，即光敏特性、热敏特性和掺杂特性。所谓光敏特性是指某些半导体受到强烈光线照射时，其导电性能大大增强；光线移开后，其导电性能大大减弱。所谓热敏特性是指外界环境温度升高时，半导体的导电性能也随着温度的升高而增强。所谓掺杂特性是指在纯净的半导体中，如果掺入极微量的杂质可使其导电性能剧增。3什么是杂质半导体?它分为哪几种?答：由于纯净半导体的导电性能较差，人们在纯净的半导体中掺入微量的杂质元素，使
2、半导体的导电性能大大增强，这种半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两种。4什么是P型半导体?答：根据半导体的掺杂特性，在半导体中掺人微量的硼、铝、铟、镓等元素后，半导体中就会产生许多缺少电子的空穴，使半导体中的空穴浓度大大高于自由电子的浓度，这种靠空穴导电的半导体是P型半导体。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，同时还有不能移动的负离子。在外电场作用下，P型半导体中的电流主要是空穴电流。5什么是N型半导体?答：在半导体中掺入微量的磷、锑、砷等元素后，半导体中就会产生许多带负电的电子，使半导体中自由电子的浓度大大高于空穴浓度。这
3、种靠电子导电的半导体是N型半导体。在N型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子，同时还有不能移动的正离子。在外电场作用下，N型半导体中的电流主要足电子电流。6P型半导体、N型半导体带电吗?为什么?答：P型半导体和N型半导体都是电中性的，对外不显电性。这主要是由于纯净的半导体和掺入的杂质元素都是电中性的，而且在掺杂过程中既没有失去电荷，也没有从外界得到电荷，只是在半导体中出现了大量可以运动的电子或空穴，并没有破坏整个半导体内正负电荷的平衡状态。7半导体的PN结是怎样形成的?答：在一块半导体中，通过掺杂这一特殊工艺，使其一边成为N型半导体，另一边成为P型半导体。将P型半导体和N型半导体紧
4、密地结合在一起，在两种半导体的交界处即形成PN结。8为什么PN结具有单向导电性?答：将PN结两端加正向电压，即外部电源的正极接P区，负极接N区，如图1-1a昕示。外加电源所产生的外电场与内电场相反，外电场削弱了内电场，使PN结的阻挡层变窄，从而有较大的正向电流流过，这种情况称为导通。将PN结两端加反向电压，即外部电源的正极接N区，负极接P区，如图1-1b所示。外加电源产生的外电场与内电场相同，在外电场的作用下内电场加强，使PN结的空间电荷区变宽，从而通过的反向电流很小，这种情况称为截止。通过以上分析，我们可以看出PN结具有单向导电性。9什么是半导体二极管?答：半导体二极管是由一个PN结加上接触
5、电极、引线和管壳封装而成。它实际上是由一块P型半导体和一块N型半导体所组成的PN结。就其材料而言，有硅二极管和锗二极管之分，就其工艺结构而言，有点接触型和面接触型两类。面接触型二极管如图1-2a所示，常用的电路图形符号如图1-2b所示。P区一边为二极管的负极(阳极)，N区一边为二极管的负极(阴极)。10二极管的伏安特性是什么?答：二极管的伏安特性曲线就是加到二极管两端的电压和通过二极管的电流之间的关系曲线，如图1-3所示。特性曲线分三部分：(1)正向特性 当二极管两端加正向电压时，二极管就有正向电流通过。当所加的正向电压很小时，正向电流也很小，二极管呈现较大电阻(见曲线的OA段，该段所对应的电
6、压为死区电压)。当正向电压超过死区电压以后，二极管电阻变得很小，正向电流增长很快，二极管完全导通(见曲线的AB段)。(2)反向特性当二极管两端加反向电压时，二极管几乎没有电流通过(见曲线的OC段)，继续升高反向电压时，反向电流不随反向电压的增加而增加(见曲线的CD段)。(3)反向击穿特性 当反向电压继续增加时(见曲线中的D点以后)，反向电流会突然增大，这种现象称作反向击穿，产生击穿的临界电压称为反向击穿电压(D点所对应的电压)。不同的二极管，反向击穿电压也不同。11什么是二极管的导通区?什么是反向截止区?答：二极管的导通区是指当二极管的正向电压大于死区电压后，正向电流迅速增长，二极管正向电阻变
7、得很小，二极管正向导通。导通后，正向电压微小的增大会引起正向电流急剧增大，电压与电流的关系近似于线性，这一段称为正向导通区。导通后二极管两端的正向电压称为管压降。一般硅二极管的管压降约为0.7V，锗二极管的管压降约为0.3V。给二极管加反向电压，当反向电压低于击穿电压时，反向电流很小，相当于二极管不导通即截止，这一段称为反向截止区。12二极管的结电容是什么?答：在二极管PN结的两端外加反向电压时，PN结上形成的阻挡层要变宽，即PN结形成的空间电荷区要变宽，此时PN结呈高阻状态。由于这种情况类似于电容器充电时的情况，PN结就相当于一个电容器，我们把这一电容称为二极管的结电容。13结电容对二极管的
8、工作有何影响?答：二极管的结电容对二极管的工作频率有很大的影响。二极管结电容的存在，限制了二极管的工作频率。当加在二极管两端的电压频率很高时，二极管结电容在高频下所呈现的容抗很小，高频电流直接通过结电容，二极管就失去了单向导电性。应当注意，二极管的结电容不是空间电荷电量与外加电压的比值，而是电荷增量与相应电压增量的比值，所以它是对交流小信号呈现的电容。结电容的大小与外加电压有关，正向电压大时，二极管PN结的空问电荷区很窄，相当于电容器的极板距离小，所以结电容大；反之，反向电压大时结电容小。14. 半导体二极管有哪些类型?答：二极管可按下列形式分类：(1)按结构分类1)点接触型：主要用于开关电路
9、。2)面接触型：主要用于整流电路。(2)按材料分类1)锗二极管：它的温度性能较差，但管压降小。2)硅二极管：它的温度性能好，但管压降大。(3)按功率分类1)大功率二极管：数百安到数千安。2)小功率二极管：数毫安到数十毫安。(4)按用途分类1)普通二极管：主要用于高频检波、限幅等电路中。2)整流二极管：主要用于各种整流电路中。3)开关二极管：主要用于计算机、脉冲和开关电路中。4)稳压二极管：主要用于各种稳压、交流滤波和电压削波电路中。15二极管的主要参数有哪些?答：二极管有以下四个主要参数：(1)最大正向电流指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流值。选用二极管时，工作电流不能超过这一数值，
10、如果电流太大，二极管将因过热而损坏。一般锗二极管的最大正向电流约为几十毫安以下，而硅二极管的最大正向电流可达数百安。(2)最大反向电流指二极管在施加最大反向工作电压时的反向电流。最大反向电流愈小愈好。一般锗二极管的最大反向电流可达数百微安，而硅二极管的最大反向电流约为数十微安。(3)最高反向工作电压指二极管不被击穿所允许施加的最大反向峰值电压，一般为击穿电压的1223。(4)最高工作频率指二极管能够正常使用时的工作频率。二极管工作在高频信号情况下，由于结电容对高频信号的旁路作用，当工作频率超过某一极限时，二极管就失去了单向导电作用，我们称这一频率为二极管的最高工作频率。16怎样用万用表判别硅二
11、极管和锗二极管?答：使用万用表的电阻档(R100或Rlk档)，分别测量二极管的正反向电阻，正向电阻和反向电阻都很大的是硅二极管，正向电阻和反向电阻都较小的是锗二极管。17怎样用万用表测量二极管的正反向电阻?答：用万用表测量二极管，一般用R100或R1k,档。将万用表的两表笔分别按正向和反向接二极管的两极，这时可以发现所测得的电阻值，一个较大，另一个较小。读数大的是二极管的反向电阻，反之，则是二极管的正向电阻。一般正向电阻很小，约为几百欧以下，而反向电阻却很大，约为零点几兆欧以上。18怎样用万用表判别小功率二极管的好坏和极性?答：正常的小功率二极管正向电阻较小而反向电阻较大，正向电阻与反向电阻均
12、较小的二极管已短路损坏，正向电阻和反向电阻均很大的二极管已开路损坏。当用万用表的电阻档测二极管的正向电阻(即小电阻值)时，万用表黑表笔连接的一端为二极管的正极(或阳极)，红表笔连接的一端为二极管的负极(或阴极)。19为什么使用半导体二极管时要尽量远离热源或注意通风降温?答：由于半导体材料的导电特性对温度的变化相当敏感，半导体器件的参数与温度有关，所以使用半导体二极管时必须远离热源并注意通风降温。20什么是变容二极管?答：变容二极管是用半导体材料硅和锗制成的PN结。利用结电容的势垒电容随反向电压的增加而减小的特性来改变电容量。21什么是光敏二极管?答：光敏二极管与普通二极管相似，不同的是它另装有
13、一个小玻璃孔，可以允许光照射到PN结上。在正常工作中，光敏二极管是反偏的。在没有光照射时，光敏二极管只有很小的电流，管子处于截止状态。当光照射到光敏二极管时，管子导通，产生的电流大小与照射到光敏二极管的光强度成正比。22什么是发光二极管?答：发光二极管是把电信号转变成光信号的一种器件，常用磷化镓或砷化镓等材料制成，如图1-4所示。当发光二极管处于正向偏置状态时，其阳极为正，阴极为负，电子越过结和空穴结合，产生了光能。当发光二极管处于反向偏置状态时，几乎没有电流，因此，不能发光。23选择二极管的基本原则是什么?答：选择二极管一般要遵循以下原则：要求导通电压低时选锗二极管，要求导通电压高时选硅二极
14、管；要求反向电流小时选硅二极管；要求反向击穿电压高时选硅二极管；要求耐高温时选硅二极管；要求导通电流大时选面接触型二极管；要求工作频率高时选点接触型二极管。24什么是字母数字显示器?答：字母数字显示器含有能显示数字、字母和特殊符号的程序段。实用形式有两种，一种有13个程序段，另一种有16个程序段。这些显示器是以发光二极管、荧光、液晶和数码等形式制造出来的。25什么是液晶显示屏?答：液晶显示屏如图1-5所示。它不是发光器件，只是依靠良好的环境光或其他形式光源来工作。它的结构包括极化过滤器，后面用显微镜下喷镀金属薄层完全罩住的玻璃护板；液晶；金属化的7段数字，或者在另一个玻璃盘上的字母数字显示符号
15、；最后是另一个极化过滤器。整个显示器是密封的，通过印制电路板上的插座进行电气连接。在透射系统中，光经过显示屏。而在反射系统中，有一个反射器把光反射回来通过它前面的盘面。当用交流电或方波脉冲激励选用段时，这些段下面的液晶转动或扭转90，改变光的穿过状态，光被这个扭转的动作遮住，就显出黑色或透明的所需要的符号。26什么是多位显示屏?答：多位显示屏由装在单个外壳或模块里的两个或多个7段显示器所组成，如图l-6所示。7个输人选择每个数字的各段，通常包括1个小数点输入，其他输入用来按照数字的位数选定各个数字。27什么是反向击穿现象?产生反向击穿现象的原因是什么?答：当施加在二极管两端的反向电压增大到一定
16、数值时，反向电流急剧加大，这种现象叫反向击穿。击穿时的反向电压称为反向击穿电压，不同的二极管，反向击穿电压不一样。产生反向击穿的原因是由于外加反向电压太高时，在强电场的作用下，空穴和电子数量大大增多，使反向电流急剧增大。在反向电流和反向电压的乘积不超过PN结允许的耗散功率的前提下，此击穿过程是可逆的，当反向电压降低后，二极管还可恢复到原来的状态，否则二极管会因过热而烧毁。因此住实际电路中，常常串联一个限流电阻来保护PN结。28什么是晶体管，它在结构上有何特点?答：普通晶体管是由三块半导体材料按一定的形式组合而成的。和二极管不同，晶体管是由三个不同的导电区域构成的，即发射区、基区和集电区。对应三
17、个区域引出的三个电极，分别称为发射极E、基极B和集电极C。晶体管有两个PN结，分别称为发射结和集电结。发射结在发射区和基区间，集电结在集电区和基区间。晶体管在结构上有两个特点，第一是发射区的掺杂浓度要远大于基区的掺杂浓度；第二是基区做得很薄，它的厚度要比基区中少数载流子的扩散长度短得多，一般只有几微米。29晶体管有哪几种基本类型?答：虽然晶体管的制造方法有多种，不同类型晶体管的制造工艺也各异，但结构形式不外乎PNP型和NPN型两种基本类型，其结构示意图和图形符号如图1-7所示。30如何检测晶体管的好坏?答：判断晶体管的好坏一般用万用表的R10或R100档测量极间电阻。如果测得的发射结和集电结的
18、正向电阻很小，说明晶体管是好的。如果测得的正向电阻很大或反向电阻极小，说明晶体管是坏的。所以，只要测出PN结电阻大小就可以判断出晶体管的好坏。31如何判别电路中晶体管的工作状态?答：通常通过测量晶体管的极间电压来判别电路中晶体管的工作状态。当VBEO.5V时，晶体管处于截止状态，为使截止可靠，常使VRE0，此时发射结和集电结均处于反向偏置状态。当VCE=VBE时，晶体管处于饱和状态。而当VCEVBVE时，发射结处于正向偏置状态，集电结处于反向偏置状态，此时晶体管工作在放大状态。32如何识别晶体管的管型和管脚?答：识别晶体管是NPN型还是PNP型，一般要根据PN结的正向电阻很小、反向电阻很大的特
19、性来进行判断。选用万用表的R1k档来测量，把万用表的红表笔接任一管脚，黑表笔分别接另两个管脚。若测得的两个阻值约为几百千欧左右时，被测晶体管为NPN型；若测得的两个阻值约为几百欧至上千欧左右时，被测晶体管为PNP型。识别管脚仍选用万用表的R100或R1k档进行测量。用黑表笔接任一管脚，红表笔分别测另两个管脚，当测得的阻值均较小时，黑表笔所接的管脚为基极B。对于NPN型管，黑表笔接其基极，并经一个100k电阻与红表笔相接，红表笔连同电阻分别接到另两个极上测试，当万用表指针偏转角度较大时，红表笔所接的管脚为集电极C，另一管脚为发射极F。33如何判别晶体管是高频管还是低频管?答：可通过用万用表测量晶
20、体管发射结的反向电阻来进行判别。对于NPN型管，红表笔接基极，黑表笔接发射极。对于PNP型管，表笔的接法相反。测量时先用Rlk档，然后再用R10k档。若两次测量万用表的读数没有很大变化，且读数都很大，则证明此晶体管为低频管。如果两次测量时万用表的读数变化很大，且第二次万用表的读数显著变小，则说明此晶体管是高频管。34如何判别晶体管是硅管还是锗管?答：可用万用表R100或R1k档测量晶体管PN结的正向电阻，对于NPN型管，黑表笔接基极，红表笔接任意一极。对于PNP型管，测量方法与NPN管相反。如果万用表指针的位置在表盘中间，此晶体管为硅管。如果万用表指针位置在电阻零端时，此晶体管为锗管。35晶体
21、管的主要参数有哪些?答：晶体管的特性除了用特性曲线表示外，也可以用一些参数来表示。其主要参数有：(1)电流放大系数它是衡量晶体管放大能力的一个重要参数。根据工作状态不同，分别为直流放大系数(=IcIB)，交流放大系数(=IcIB)。虽然与的含义不同，但两者数值很接近，一般在工程估算中认为=。(2)反向饱和电流IcBO ICBO是指发射极开路时集电极一基极反向饱和电流。ICBO越小，表明集电结的质量越好。(3)穿透电流ICEO ICEO是指基极开路，即IB=0，集电极与发射极间加上一定电压时形成的反向电流。ICEO的大小是判别晶体管质量好坏的重要参数，ICEO越小，说明晶体管的性能越好。36晶体
22、管的极限参数有哪些?答：晶体管的极限参数是指晶体管正常工作时，其工作电压、工作电流和耗散功率的最大允许值。使用中超过极限值时晶体管很容易损坏。(1)集电极最大允许电流ICM它是指集电极允许通过的最大电流。Ic过大，则显著下降。一般把值下降到其最大值的23时的Ic定为ICM。使用晶体管时，如果IcICM，除了值显著下降外，还有可能使管耗过大导致晶体管损坏。(2)反向击穿电压VCEO它是指基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。若VCEVCEO晶体管的电流由很小突然剧增，可能会导致晶体管击穿而造成损坏。(3)集电极最大允许耗散功率PCM 晶体管电流IC与电压VCE的乘积称为集电极耗散功率
23、。这个功率将导致集电结发热，温度升高。为使集电结的温度不超过规定值，集电极耗散功率将受到限制。晶体管在使用中应满足PCMICVCE的条件。37晶体管的发射极与集电极可否调换使用?答：可以将晶体管的发射极与集电极调换使用。将这种使用方法称为倒置使用，但倒置后晶体管的放大倍数降低，因此很少在放大电路中采用这种方法。晶体管倒置使用要特别注意：晶体管的集电极一基极的反向电压应小于允许的反向击穿电压，否则会导致晶体管的损坏。38晶体管的噪声是指什么?答：晶体管的噪声是指晶体管内部的噪声。晶体管内部的噪声对晶体管实际放大性能影响很大。因此，在使用晶体管时要求其内部的噪声越小越好。那么，晶体管的噪声是如何形
24、成的呢?当输入信号为零即i=0时，晶体管的各极电流也有变化，特别是集电极电流在恒定的直流电流基础上有波动，从而形成了晶体管的噪声。39硅晶体管与锗晶体管有什么异同?答：硅晶体管和锗晶体管都具有电流放大作用，所不同的是硅晶体管的死区电压比锗晶体管大：硅晶体管的导通电压约为0.7V，锗晶体管的导通电压约为0.3V；硅晶体管的反向电流比锗晶体管小得多；硅晶体管允许的最高工作温度比锗晶体管高；硅晶体管比锗晶体管稳定性好。40什么是光敏晶体管?答：光敏晶体管与普通晶体管相似，它是利用光电效应原理，把光信号变成电信号。不同的是有一个小玻璃孔能让光照射到基极结区。当光线照射到基极或PN结时，就会在C、E极产
25、生电流或PN结产生电压或电流。因此要避免强光直射，以免损坏光敏晶体管。光敏晶体管的结构与符号如图1-8所示。放大电路41如何用晶体管的电流分配关系来说明晶体管的电流放大作用?答：晶体管是具有放大作用的器件，要使晶体管能正常工作，必须对发射结施加正向电压，对集电结施加反向电压。在给晶体管加上工作电压之后，发射结在正向电压的作用下，就有较大的发射极电流IE从发射极流向基区，但由于集电结上加有较高的反向电压，于是在基区内：IE中的绝大部分穿过基区为集电极所收集而形成集电极电流IC，只有很少的部分经基极流出构成基极电流IB。三者之间的关系是IE=IB+Ic。在制造晶体管时，由于基区做得很薄，不仅使Ic
26、大大超过IR，而且还要维持Ic和IB之间一定的比例关系，这就决定了晶体管具有电流放大作用。例如，Ic是IB的60倍，当，B=20A时，Ir=1.2mA；当IB=40A时，Ic=2.4mA。因此，IB的变化量IB=40A-20A=20A，引起Ic的变化量却是Ic=2.41nA-1.2mA=1.2mA，显然Ic比IB放大了(=IcIB=1200A20A)60倍，这就是晶体管的电流放大作用。42晶体管有几种基本连接方式?答：根据晶体管的输入和输出信号的公共端不同，晶体管在电路中有三种连接方式。分别是共发射极连接、共集电极连接、共基极连接。43怎样构成共发射极、共集电极和共基极连接?答：共发射极连接是
27、以发射极为输入回路和输出回路的公共端，常用在开关和放大电路中。共集电极连接是以集电极为输入回路和输出回路的公共端，常用来实现阻抗变换。共基极连接是以基极为输入回路和输出回路的公共端，常用在高频放大和振荡电路中，如图1-9所示。44如何判断晶体管的放大系数?答：对晶体管的放大系数的判断，一般使用晶体管图示仪来进行，粗略测量时也可使用万用表。对于NPN型晶体管，选用万用表R100或R1k档，将黑表笔接集电极，红表笔接发射极，读取一个极间电阻值，然后在集电极与基极之间接入一个100k的电阻，再读取一个电阻值，把两次测出的电阻值进行比较，若两者相差越大，则表示值越大，反之，值越小。如果测出两者相差甚小
28、或基本相同，则表示该晶体管已失效。对于PNP型晶体管测，只要把表笔对换，其他测量和判断方法与NPN型晶体管相同。45在电路中测得四个晶体管各电极对地电压的数据。如何判断晶体管的管型及工作状态?答：晶体管各极对地的数据见表l-l。46什么是放大器?放大器的增益指什么?答：放大器是用来将微弱的电信号(如电压、电流、功率等)加以放大的器件。其放大能力通常用增益来表示。其数学表达式如下：47什么是放大电路的静态工作点?如何估算静态工作点?答：无信号输入时，时，电路中各处的电压、压分别用IR、VBE、Ic单管共射放大电路为例，放大电路的工作状态称为静态。静态电流均为直流量。晶体管各极的电流电VCE表示，
29、静态工作点常用Q表示，以其近似估算式为48为什么放大电路要设置静态工作点?答：放大电路的静态工作点就是指没有信号输入时，晶体管各极的直流电流和电压。当集电极电源Vcc和集电极电阻Rc确定后，放大器的静态工作点由基极电流IB来确定。若没有偏置电路，信号电压加入之前，发射极电路处于截止状态，IB0，此时加入正弦变化的信号电压，则在其正半周时发射极电路导通，IB随输入电压而变化，负半周时电路截止，IB=0，结果输入电流IR已不再是正弦波形，与之相应的集电极电流Ic波形将出现失真，因此，为了不失真地放大信号波形，必须建立适当的静态工作点。49电路参数对放大电路的静态工作点有何影响?答：放大电路如图1-
30、10所示。当电源Vcc一定时，静态工作点Q取决于静态基极电流IB，而IB的大小又由基极偏置电阻RB决定，RB小则IB大，静态工作点沿直流负载线上移，反之Q点下移。当其他条件不变，集电极负载电阻Rc增大时，直流负载线的斜率减小，负载线变平，反之，负载线变陡。当Rc不变而Vcc增大时，直流负载线右移，反之左移。50在基本共射放大电路中，RB、Rc及Vcc对放大倍数Au有何影响?答：在基本共射放大电路中，RB增大，而其他参数不变，RBIBIErbeAu。当Rc增大，而其他参数不变时，Au增大。当vcc增k，而其他参数不变时，IBIErbeAu。51放大电路的输入电阻大一些好，还是小一些好?答：放大电
31、路的输入电阻反映了它对信号源的衰减程度。输入电阻越大，从信号源获取电流越小，加到输入端的电压就越接近信号源电压。因此，放大电路的输人电阻大一些为好。52放大电路的负载能力是指什么?通常希望放大电路的输出电阻大一些好，还是小一些好?答：所谓负载能力就是当负载阻值变化的时候，维持负载两端电压恒定的一种能力。放大电路的输出电阻的大小，反映了放大电路带负载能力的强弱。输出电阻越小，放大电路带负载能力越强。因此输出电阻尽量小一些为好。53什么是饱和失真?什么是截止失真?答：饱和失真指放大电路在动态情况下，工作点已有一部分进入饱和区而引起的失真。截止失真指放大电路在动态情况下，工作点已有一部分进入截止区而引起的失真。54静态工作点与波形失真的关系怎样?答：放大电路不设置静态工作点，会引起信号波形失真，但如果静态工作点选择不当，同样也会造成失真。由于在动态时，放大电路的动态工作范围以静态工作点Q为中心移动，所以若Q点选择不当容易使晶体管过早进入非线性区，造成非线性失真
