1.有的同志根据降低指示灯泡的供电电压,可以大大延长灯泡的使用寿命这样一条经验,为了延长电视机显象管的寿命,较大幅度的降低了显象管灯丝的供电电压。你认为他这样做,能够延长显象管的寿命吗?
2.有人将一只容量较大的电容器充电以后,又将电容器的两根引线短接了一会,这时他认为电容器上的电荷已经放掉了,电容器的两端应该没有电位差了。可是,当他用万用表测量电容器两端时,发现电容器两端仍有电位差。他对这种现象迷惑不解,你能解释其原因吗?
3.附图所示为一CMOS集成电路反向器的内部接线图。由附图可以看出:电路中除了有两只起反向作用的N型和P型MOS场效应管以外,还有许多只二极管。有的同志不知道这些二极管的作用是什么,你能回答这个问题吗?

答案
1.较大幅度的降低显象管灯丝的供电电压,不但不能延长显象管的寿命,反而会缩短显象管的寿命。显象管的灯丝只有加接额定的工作电压时,其寿命才最长。这是因为降低显象管灯丝的供电电压,虽然能使显象管灯丝的寿命延长不易被烧断,但显象管灯丝的作用与指示灯灯丝的作用不同:指示灯灯丝是作为一种发光元件,而显象管中的灯丝是作为发热元件。通电后,显象管灯丝自身发热,依靠它的热量使紧靠在它旁边的阴极也发热,从而使阴极能够有效地发射电子。如果较大幅度的降低显象管灯丝的供电电压,则因灯丝的发热量不够,使阴极达不到应有的温度。阴极长期处于低于额定温度的情况下工作,就会造成“阴极中毒”和局部损坏,甚至使得阴极不能有效地发射电子,造成显象管的损坏。
反之,如果较大幅度的提高显象管的灯丝供电电压,虽然对加热显象管的阴极有好处,但灯丝容易被烧断。
对于其他有灯丝的电子管来说,也应设法保证灯丝的供电电压在额定供电电压范围内,才会使管子的寿命最长。
当然,对于那些因阴极发射电子能力不足而衰老的显象管,可适当提高其灯丝供电电压,来提高阴极的温度,使阴极恢复有效的电子发射能力,使衰老的显象管再继续工作一段时间。但这只是一个挽救措施,对于工作正常的显象管来说,决不能任意改变灯丝的供电电压。
2.这种将充了电的电容两引出线短路后,再将它开路,电容器两端仍有电压存在的现象,是由电容器的吸附效应引起的。
由于介质内部分子的粘滞,当电容器充放电时,其介质分子的极化状态不可能在同一时刻达到同一状态。外加电场要将介质中的正负电荷极化需要一定的时间,外加电场消失后介质中正负电荷消失也需要一定的时间,这种现象就叫做“吸附效应”。它的作用是将电容器等效为一个由许多RC串联电路组成的并联电路,吸附效应是以电容器两引线短路放电一秒钟后,测出电容器上的残存电压和放电前所加电压的百分比来度量的。
电容的吸附效应在很多时候是有害的。例如A/D(模/数)转换器中的积分电容,若选用吸附效应较大的电容器,就会影响积分时间的准确性。所以,为了使A/D转换器有较高的精度,就应选用云母电容器、精密密封聚苯乙烯电容器或者是其他吸附效应小的电容器。
3.图中的这些二极管可用来保护MOS场效应管及箝制输入和输出电位。我们知道,在CMOS集成电路中,栅极与衬底之间是由二氧化硅绝缘层来绝缘的,而这个二氧化硅绝缘层与半导体二极管的特性是大不相同的,半导体二极管的击穿电压可任意测试多次而不会造成二极管的损坏,而CMOS电路栅极绝缘层所用的二氧化硅绝缘层,只要有一次超过击穿极限电压就会发生短路而损坏集成电路。
CMOS栅极绝缘层的击穿电压,一般在120伏左右。CMOS栅极与衬底之间的绝缘电阻约为10\(^{12}\)Ω,对于这样高的输入阻抗,只要有很小的能源(如静电电荷)就能积累成这样一个击穿电压。而静电电荷是普遍存在的,如经过多次使用过的薄膜唱片,其表面就可产生数千伏的静电电压。普通化纤物表面也存在着很高的静电电压。为了保护MOS场效应管不受静电影响而损坏,常在CMOS电路中接入二极管保护网络,这些二极管的击穿电压多在25伏~50伏之间,远远低于栅极绝缘层的击穿电压。故当CMOS集成电路的输入端、输出端或U\(_{DD}\)与USS之间出现较高的静电电压时,二极管首先被击穿,使电荷被泄放掉,从而保护了集成电路不受损坏。
这些二极管网络除了起到保护MOS场效应管外,还可起到箝位作用。如当输入端的输入电压高于U\(_{DD}\)+0.5V时,D2就会导通;当输入端的输入电压低于U\(_{SS}\)-0.5V时,D1就会导通。同样,D\(_{3}\)、D4也起着箝位的作用。(朱小华)