Question

【題目】閱讀短文，回答問題：

半導(dǎo)體如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理

2020 年我國(guó)將在全球首發(fā) 5nm 手機(jī)芯片，芯片基本元件之半導(dǎo)體二極 管主要由 P 型半導(dǎo)體、N 型半導(dǎo)體、接線端、外殼組成，其結(jié)構(gòu)和電路符 號(hào)分別如圖甲、乙所示。當(dāng)一定的電流從正接線端流入，二極管呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性，當(dāng)電流從負(fù)接線端流入，二極管呈現(xiàn)高電阻特性。

N 型半導(dǎo)體內(nèi)含有容易形成電流的自由電子，而 P 型半導(dǎo)體內(nèi)雖然沒有自 由電子，但含有可讓電子停留和經(jīng)過的位置（空穴）。未接通電路時(shí)，最靠近半導(dǎo)體交界面處一排的電子向 P 區(qū)擴(kuò)散占據(jù)空穴，使 P 區(qū)交界面處帶負(fù)電，N 區(qū)一側(cè)帶正電，由于電 荷間存在相互作用力，交界面處將阻礙電子繼續(xù)擴(kuò)散。

半導(dǎo)體與電源相連后，電源負(fù)極將發(fā)出大量電子聚集在與之相連的一端，電壓增大到一定值時(shí)且電子移動(dòng)方向與電子擴(kuò)散方向相同，電子將突破交界面處的阻礙使電路形成通路。反之，半導(dǎo)體呈現(xiàn)的電 阻很大。多個(gè)半導(dǎo)體的組合，是構(gòu)成芯片的基礎(chǔ)元件。它們可實(shí)現(xiàn)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理。 發(fā)光二極管（LED）是一種能夠發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，其顯著的特點(diǎn)就是具有單向?qū)щ娦浴Ｆ潆娐贩��?hào)如也用圖乙所示，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得某型號(hào)發(fā)光二極管兩端的電壓 U 和通過它的電流 I 的數(shù)據(jù)如 表所示：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
U/V	0	0.4	0.8	1.2	1.6	2.0	2.4	2.6	2.8	3.0
I/mA	0	0.9	2.3	4.3	6.8	12.0	19.0	24.0	30.0	37.0

(1)半導(dǎo)體二極管內(nèi)，當(dāng)電流從 P 到 N 時(shí)，二極管電阻_____（較小/較大）。

(2)通路時(shí)，二極管輸出信號(hào)值 Uk=1，斷路時(shí)，輸出信號(hào)值 Uk=0，在下圖所示的電路中，a、b 兩點(diǎn) 信號(hào)值隨時(shí)間的變化關(guān)系如下圖中 A、B 所示，請(qǐng)?jiān)?/span> C 圖坐標(biāo)系中，畫出電路 c處信號(hào)值隨時(shí)間變化的關(guān)系畫線。

（______）

(3)關(guān)于半導(dǎo)體二極管，下列說法正確的是_____。

A電流從正接線端流入，一定會(huì)形成通路

B電子移動(dòng)方向：電源→P 型半導(dǎo)體→N 型半導(dǎo)體

C半導(dǎo)體二極管的電阻與其兩端的電壓有關(guān)

D當(dāng)電流從負(fù)接線端流入時(shí)，交界面帶電子處電阻變小

(4)請(qǐng)?jiān)趫D丁的坐標(biāo)紙上用描點(diǎn)法畫出該型號(hào)發(fā)光二極管的伏安特性曲線。

（______）

(5)若該型號(hào)發(fā)光二極管的最佳工作電壓為 2.5V，現(xiàn)用 5V 的穩(wěn)壓電源供電，則需要在電路中串聯(lián) 一個(gè)電阻R才能使其處于最佳工作狀態(tài)，請(qǐng)根據(jù)所畫出的該型號(hào)二極管的伏安特性曲線進(jìn)行分析，串聯(lián)的電阻R的阻值為_____Ω。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

【答案】較小 C 119

【解析】

(1)[1]由短文知道，當(dāng)一定的電流從正接線端流入，二極管呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性，說明此時(shí)二極管的電阻較小。

(2)[2]由圖A知道，在0-1s、2-3s、4-5s、6-7s時(shí)間內(nèi)，a處輸出信號(hào)值Uk =1，其它時(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)值Uk =0；由圖B知道，在0-2s、4-6s時(shí)間內(nèi)，b處輸出信號(hào)值Uk =1，其它時(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)值Uk =0；所以，在0-3s、4-7s時(shí)間內(nèi)，c處輸出信號(hào)值Uk =1，3-4s和7-8s時(shí)間內(nèi)，c處輸出信號(hào)值Uk =0，故電路 c處信號(hào)值隨時(shí)間變化的關(guān)系，如下圖所示

(3)[3]A．由于當(dāng)二極管兩端電壓增大到一定程度時(shí)，電路才會(huì)形成通路，所以，電流從正接線端流入，不一定會(huì)形成通路，故A錯(cuò)誤；

B．當(dāng)二極管形成通路時(shí)，電流從P到N，而電子定向移動(dòng)的方向與電流方向相反，所以，電子移動(dòng)方向：電源→N型半導(dǎo)體→P型半導(dǎo)體，故B錯(cuò)誤；

C．由表中數(shù)據(jù)知道，電壓與電流的比值各不相同，所以，半導(dǎo)體二極管的電阻與其兩端的電壓有關(guān)，故C正確；

D．當(dāng)電流從負(fù)接線端流入，二極管呈現(xiàn)高電阻特性，即交界面帶電子處電阻變大，故D錯(cuò)誤。

故選C。

(4)[4]根據(jù)表中數(shù)據(jù)先描點(diǎn)，然后用平滑曲線將各點(diǎn)連接起來，如下圖所示

(5)[5]由圖象知道，二極管的工作電壓為2.5V時(shí)，電流I=21mA=0.021A，由串聯(lián)電路電壓特點(diǎn)和歐姆定律知道，串聯(lián)電阻的阻值