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電子學I+課本習題解答
- 1. 第 2 章 二極體 19
第 2 章 二極體
二 隨堂練習
2-1 本質半導體
( C ) 1. 純矽在絕對零度(0K)時,沒有禁帶,其性能如同 (A)導體 (B)
半導體 (C)絕緣體 (D)以上皆非。
2-2 P 型及 N 型半導體
( A ) 2. 經雜質摻雜後的鍺晶片,每 108
個鍺原子就有 1 個銻原子,則室溫
下,此晶片每立方厘米中含有的自由電子數目為多少?
(A)4.4×1014
(B)3.0×1010
(C)1.0×108
(D)2.25×1012
個。
解:電子數目=
22
8
4.4 10
10
×
=4.4×1014
個
( A ) 3. 在本質半導體中,摻入下列何項雜質元素,即可成為 N 型半導體?
(A)磷 (B)硼 (C)鋁 (D)銦。
2-3 P-N 接面二極體
( A ) 4. 二極體的空乏區,隨著逆偏電壓的增加而產生何種變化? (A)增加
(B)減少 (C)不變 (D)先減後增。
2-4 二極體之特性曲線
( B ) 5. 假設一鍺二極體,在常溫 25℃時的順向電壓降為 0.3V,試計算溫度
升高至 65℃時之順向電壓值為 (A)0.28 (B)0.26 (C)0.24
(D)0.22 V。
解:VD(65℃)=VD(25℃)+(-1mV/℃)×(65℃-25℃)
=0.3V-40mV=0.3V-0.04V=0.26V
( A ) 6. 有一 PN 二極體的逆向飽和電流於 300K 時為 1μA,於 350K 時 IS 應
為 (A)32 (B)50 (C)64 (D)100 μA。
- 2. 20 第 2 章 二極體
解:IS(350K)=IS(300K)×
ΔT
10
2 =1μA×
350 300
10
2
-
=1μA×25
=32μA
( C ) 7. 某一二極體在操作點處的電壓和電流分別為 VQ=1V,IQ=9.5mA,
試求其直流電阻為多少歐姆? (A)92.5 (B)97.4 (C)105.3
(D)110.6 Ω。
解:Rdc= Q
Q
V
I
=
1V
9.5mA
≒105.3Ω
( D ) 8. 有一二極體,其電流是 2mA,試求室溫時之交流電阻為多少歐姆?
(A)104 (B)52 (C)26 (D)13 Ω。
解:rd=
26mV
2mA
=13Ω
2-5 二極體之偏壓
( B ) 9. 在 PN 二極體中,較容易產生電子流的方向是 (A)由 P 型至 N 型區
(B)由 N 型至 P 型區 (C)兩方向都很容易 (D)兩方向都很難。
2-6 二極體之等效電路模型
( B ) 10. 圖 2-23 中,若將二極體 D 反接,則在
電阻 R2 上的電壓和電流分別為
(A)0V,0mA (B)6V,3mA
(C)6V,5mA (D)15V,5mA。
解:∵ 二極體因逆向而截流,形同開路
∴ VR2=15V×
2kΩ
2kΩ 3kΩ+
=6V
IR2=
15V
3kΩ 2kΩ+
=3mA
( C ) 11. 如圖 2-27 所示之矽二極體之電路,應
用定值電壓模型來分析,試求負載電
阻 RL 兩端之輸出電壓 Vo 為多少 V?
(A)4.30 (B)3.75 (C)2.15 (D)1.45
圖 2-23
圖 2-27
- 3. 第 2 章 二極體 21
V。
解:Vo=(5V-0.7V)×
100Ω
100Ω 100Ω+
=4.3V×
1
2
=2.15V
( D ) 12. 應用簡化二極體,片斷線性模型法(假
設 Vo=0.7V,rac=20Ω),求圖 2-25(即
範例 11 電路)之 I 與 V 值分別為多少?
(A)1.25mA,0.85V (B)1.25mA,0.74V
(C)2.13mA,0.85V (D)2.13mA,0.74V。
解:如圖所示:
I=
5V 0.7V
2kΩ 20Ω
-
+
=2.13mA
V=Vo+I.rac
=0.7V+2.13mA×20Ω
≒0.74V
2-7 稽納二極體
( C ) 13. 若 8V 稽納二極體具有 0.085%/℃的正溫度係數,則 100℃時的稽納
電壓為 (A)7.54 (B)8.01 (C)8.51 (D)8.74 V。
解:ΔVZ= C ZT V
100
(T1-T0)=
0.085 8
100
×
×(100-25)=0.51V
100℃時的稽納電壓為:VZ+ΔVZ=8+0.51=8.51V
( A ) 14. 如圖 2-37 所示之電路,通過 RS 之電
流為若干? (A)20 (B)15 (C)10
(D)5 mA。
解:VRL=10V×
1kΩ
100Ω 1kΩ+
=9.09V
∵ VRL>VZ ∴ 稽納二極體崩潰
圖 2-25
圖 2-37
- 4. 22 第 2 章 二極體
IRS= Z
S
V V
R
-
=
10V 8V
100Ω
-
=0.02A=20mA
2-8 發光二極體
( C ) 15. 發光二極體(LED)的發光度與 (A)逆向偏壓成正比 (B)逆向偏壓
成反比 (C)順向電流成正比 (D)順向電流成反比。
三 自我評量
一、選擇題
( D ) 1. 對一處於絕對零度(0K)之本質半導體,在此本質半導體之兩端加
一電壓;若此本質半導體並未發生崩潰,則在本質半導體內 (A)
有電子流,也有電洞流 (B)有電子流,但沒有電洞流 (C)沒有電
子流,但有電洞流 (D)沒有電子流,也沒有電洞流。
解:在 0K 之本質半導體如同絕緣體,它沒有電子流,也沒有電洞
流。
( A ) 2. 將(磷)元素摻進純矽晶體內,則成為 (A)N (B)P (C)I (D)J
型材料。
( D ) 3. 下列何種元素摻入純質半導體材料中,可將本質半導體的電特性轉
變為 P 型半導體? (A)磷 (B)砷 (C)銻 (D)硼。
( D ) 4. 純矽半導體本質濃度 ni=2×1010
原子/cm3
,其密度為 5×1022
原子
/cm3
,若每 108
個矽原子加入一個銦原子,電子濃度為多少? (A)1.5
×1010
(B)5×1022
(C)5×1032
(D)8×105
電子/cm3
。
解:銦為三價元素,故成為 P 型半導體
NA=
22
8
5 10
10
×
=5×1014
電洞/cm3
ND=
2
i
A
N
N
=
10 2
14
(2 10 )
5 10
×
×
=8×105
電子/cm3
( C ) 5. PN 二極體,欲使達到順向偏壓,則應在 (A)P 加正極、N 加正極
- 5. 第 2 章 二極體 23
(B)P 加負極、N 加正極 (C)P 加正極、N 加負極 (D)P 加負極、N
加負極。
( A ) 6. 下列有關二極體材料的敘述何者錯誤? (A)經過摻雜處理的半導
體稱為本質半導體 (B)具有 5 個價電子的雜質稱為施體 (C)N 型
材料的多數載子是電子 (D)P 型材料的少數載子是電子。
解:經過摻雜處理的半導體稱為外質半導體。
( C ) 7. 在 P 型半導體中,導電的多數載子為何者? (A)電子 (B)原子核
(C)電洞 (D)離子。
( D ) 8. 矽、鍺半導體材料的導電性,隨溫度上升而產生何種變化? (A)
成為絕緣體 (B)減少 (C)不變 (D)增加。
( B ) 9. 二極體施以逆向偏壓時,仍有少量電流存在,是因為 (A)多數載子
的流動所致 (B)少數載子的流動所致 (C)主、副載子同時流動所
致 (D)無法斷定。
( C ) 10. 在矽半導體材料中,摻入三價的雜質,請問此半導體形成何種型式?
半導體內部的多數載子為何?此塊半導體之電性為何? (A)N 型
半導體;電子;電中性 (B)N 型半導體;電子;負電 (C)P 型半導
體;電洞;電中性 (D)P 型半導體;電洞;正電。
解:摻入三價元素將形成 P 型半導體,其多數載子為電洞,少數載
子為電子,材料則維持電中性。
( D ) 11. 整塊 N 型半導體是呈現 (A)負電性 (B)視雜質原子序數而定 (C)
正電性 (D)電中性。
( C ) 12. 當 P 型及 N 型材料相接觸時,即會產生一空乏區,而 P 型半導體之
空乏區內應有 (A)電洞 (B)電子 (C)負離子 (D)正離子。
解:空乏層內 P 區為負離子,N 區為正離子。
( C ) 13. 障壁電勢乃是其區域內有 (A)電子 (B)電洞 (C)正離子及負離子
(D)正負電壓。
( C ) 14. 一般的矽質 PN 二極體導通時,兩端的電位差約為 (A)1.2 (B)0.9
(C)0.6 (D)0.2 V。
- 6. 24 第 2 章 二極體
解:矽質約為 0.6~0.7V,鍺質約為 0.2~0.3V。
( A ) 15. 一般 PN 二極體兩端的順向偏壓,隨溫度的變化量約為 (A)-2.5
(B)-25 (C)+2.5 (D)+25 mV/℃。
( B ) 16. 下列有關二極體的敘述,何者正確? (A)在順偏時,擴散電容與流
過之電流無關 (B)空乏區電容隨外加逆向偏壓之增加而減少 (C)
當外加逆向偏壓增加時,空乏區寬度將減少 (D)在固定之二極體電
流下,溫度愈高,則二極體之順向壓降愈高。
解:C=ε
A
d
,逆壓↑,空乏區寬度 d↑,C↓。
( B ) 17. 在室溫下,未加偏壓之 PN 二極體在 P-N 接面附近的狀況為 (A)P
型半導體帶正電,N 型半導體帶負電 (B)P 型半導體帶負電,N 型
半導體帶正電 (C)P 型及 N 型半導體皆不帶電 (D)P 型及 N 型半
導體所帶之電性不固定。
解:在空乏區內無自由電子及電洞,僅存有正、負離子(P 區為負
離子,N 區為正離子)。
( B ) 18. 某矽二極體在溫度 20℃時之逆向飽和電流為 5nA,若溫度上升至 50
℃時,則逆向飽和電流變為 (A)30 (B)40 (C)50 (D)60 nA。
解:Ico(50℃)=Ico(20℃)×
50 20
10
2
-
=5nA×23
=40nA
( D ) 19. 如圖(1)中之二極體為矽二極體,伏特計之讀值應為 (A)0.1 (B)0.2
(C)0.4 (D)0.7 V。
圖(1) 圖(2) 圖(3)
解:矽二極體之順向壓降為 0.7V。
- 7. 第 2 章 二極體 25
( A ) 20. 如圖(2)所示,當 Vi=20V 時,Vo 為 (A)10 (B)12 (C)15 (D)20
V。
解:VR2=20V×
20kΩ
10kΩ 20kΩ+
=13.33V
∵ VR2>VZ ∴ 稽納二極體崩潰,Vo=VZ=10V
( C ) 21. 如圖(3)所示,欲使 IZ=6mA,則 R 值應為 (A)1.5 (B)2.2 (C)2.5
(D)3 kΩ。
解:IL= Z
L
V
R
=
20V
10kΩ
=2mA
IR=IZ+IL=6mA+2mA=8mA
R=
40V 20V
8mA
-
=2.5kΩ
( D ) 22. 所謂理想二極體,下列敘述何者錯誤? (A)順向時視為短路,逆向
時視為開路 (B)順向電阻等於零,逆向電阻無限大 (C)無順向電
壓降,無逆向電流 (D)順向電壓等於零,逆向電流無限大。
解:順向電壓等於零,逆向電流等於零。
( A ) 23. 二極體不具下列何種功能? (A)放大 (B)整流 (C)檢波 (D)截
波。
( D ) 24. 稽納二極體常應用於 (A)放大 (B)濾波 (C)整流 (D)穩壓 電
路。
( C ) 25. 稽納二極體使用於穩壓時,是操作在 (A)順向工作區 (B)零偏壓
(C)逆向崩潰區 (D)順、逆向偏壓皆可以達成。
( C ) 26. 如圖(4)所示之理想二極體電路中,若 R=1kΩ,則流經此電阻的電
流為何? (A)1 (B)3 (C)5 (D)9 mA。
- 8. 26 第 2 章 二極體
圖(4) 圖(5)
解:D3 較 D2、D1 容易導通,假設 D3 ON,D2、D1 OFF,則 VR=5V
(假設成立,使 D2、D1 逆偏截止),
I= RV
R
=
5
1k
=5mA
( B ) 27. 如圖(5)所示,Vi=30V,稽納二極體的 VZ=15V,則輸出電壓 Vo 為
多少? (A)5 (B)10 (C)15 (D)30 V。
解:V10kΩ=30V×
10kΩ
20kΩ 10kΩ+
=10V
∵ V10kΩ<VZ ∴ 稽納二極體未崩潰
Vo=V10kΩ=10V
( D ) 28. 通常使一 LED 發亮至少應通過多少電流? (A)10~15μA (B)500
~600mA (C)100~200mA (D)10~15mA。
( B ) 29. LED 工作時通常施加 (A)逆向偏壓 (B)順向偏壓 (C)逆、順向偏
壓 (D)零偏壓。
( C ) 30. LED 所發出光的顏色與 (A)外加電壓有關 (B)電流大小有關 (C)
二極體的材料合成成分有關 (D)以上皆是。
二、計算題
1. 純矽半導體本質濃度 ni=1.5×1010
原子/cm3
,其密度為 5×1022
原子/cm3
,若
每 108
個矽原子加入 1 個硼原子,則將成為何種類型半導體?又電子濃度為
多少?
解:(1) 硼為三價元素,故成為 P 型半導體。
(2) NA=
22
8
5 10
10
×
=5×1014
電洞/cm3
ND=
2
i
A
N
N
=
10 2
14
(1.5 10 )
5 10
×
×
=4.5×105
電子/cm3
- 9. 第 2 章 二極體 27
2. 如圖(6)所示的二極體為理想二極體,求電路中電流 I 為多少?
圖(6)
解:D1 較 D2、D3、D4 容易導通,假設 D1 ON,
D2、D3、D4 OFF(假設成立),
則 I=
6 1
1k
-
=5mA
3. 如圖(7)所示,D 為理想二極體,Vi=12V,則電流 I 為多少?
圖(7)
解:利用戴維寧定理可得到下圖等效電路
Eth=Vi× 2
1 2
R
R R+
=12×
2k
1k 2k+
=8V
- 10. 28 第 2 章 二極體
Rth=R1//R2=1k//2k=
2
3
kΩ
I= th
th
E 6
R
-
=
8 6
2
k
3
-
=3mA
4. 如圖(8)所示,稽納二極體的崩潰電壓為 6V,則 IZ 為多少?
圖(8)
解:V8Ω=10×
8
4 8+
=6.67V>VZ(稽納崩潰)
I4Ω= Z10 V
4
-
=
10 6
4
-
=1A
I8Ω= ZV
8
=
6
8
=0.75A
IZ=I4Ω-I8Ω=1-0.75=0.25A