模擬電子技術(shù)二極管典型例題

1、模擬電子技術(shù)二極管典型例題【例求在1-1 】分析圖所示電路的工作情況，圖中 I 為電流源， I=2mA。設(shè) 20時(shí)二極管的正向電壓降50時(shí)二極管的正向電壓降。該電路有何用途？電路中為什么要使用電流源？UD=660mV，【相關(guān)知識(shí)】二極管的伏安特性、溫度特性，恒流源?！窘忸}思路】推導(dǎo)二極管的正向電壓降，說明影響正壓降的因素及該電路的用途。【解題過程】該電路利用二極管的負(fù)溫度系數(shù)，可以用于溫度的測(cè)量。其溫度系數(shù)2mV/。20時(shí)二極管的正向電壓降U D=660mV50時(shí)二極管的正向電壓降U D=660 （230）=600 mV因?yàn)槎O管的正向電壓降UD 是溫度和正向電流的函數(shù)，所以應(yīng)使用電流源以穩(wěn)定

2、電流，使二極管的正向電壓降UD 僅僅是溫度一個(gè)變量的函數(shù)?！纠?1-2 】電路如圖 (a) 所示，已知，二極管導(dǎo)通電壓。試畫出uI 與 uO 的波形，并標(biāo)出幅值。圖 (a)【相關(guān)知識(shí)】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判定?！窘忸}思路】首先根據(jù)電路中直流電源與交流信號(hào)的幅值關(guān)系判斷二極管工作狀態(tài)；當(dāng)二極管的截止時(shí)，uO=uI ；當(dāng)二極管的導(dǎo)通時(shí)，。【解題過程】由已知條件可知二極管的伏安特性如圖所示，即開啟電壓Uon 和導(dǎo)通電壓均為0.7V 。由于二極管D1 的陰極電位為3V，而輸入動(dòng)態(tài)電壓uI 作用于 D1 的陽極，故只有當(dāng)uI 高于 3.7V 時(shí)D 1 才導(dǎo)通，且一旦D1 導(dǎo)通，其陽極電位為3.

3、7V ，輸出電壓uO=3.7V 。由于 D2 的陽極電位為3V，而 uI 作用于二極管D2 的陰極， 故只有當(dāng) uI 低于 3.7V 時(shí) D2 才導(dǎo)通， 且一旦 D2 導(dǎo)通，其陰極電位即為 3.7V ，輸出電壓uO= 3.7V 。當(dāng) uI 在 3.7V 到 3.7V 之間時(shí)，兩只管子均截止，故uO=uI 。u I 和 uO 的波形如圖 (b) 所示。圖 (b)【例 1-3 】某二極管的反向飽和電流，如果將一只1.5V 的干電池接在二極管兩端，試計(jì)算流過二極管的電流有多大？【相關(guān)知識(shí)】二極管的伏安特性?！窘忸}思路】（ 1）根據(jù)二極管的伏安特性求出流過二極管的電流。（ 2）根據(jù)二極管兩端的電壓及流

4、過二極管的電流求出二極管的等效直流電阻?！窘忸}過程】如果將干電池的正、負(fù)極分別與二極管的陰極、陽極相接，二極管反向偏置，此時(shí)流過二極管的電流等于。反之，流過二極管的電流等于：此時(shí)二極管的等效直流電阻為：實(shí)際上電池的內(nèi)阻、接線電阻和二極管的體電阻之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于RD，流過二極管的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于計(jì)算值。電路中的電流值不僅僅是由二極管的伏安特性所決定，還與電路中的接線電阻、電池的內(nèi)阻和二極管的體電阻有關(guān)。通常這些電阻都非常小，足以使二極管和干電池?fù)p壞。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)電路中必須串接適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?，以防損壞電路元器件?！纠?1-4 】電路如圖（a）所示，二極管的伏安特性如圖（b）所示，常溫下UT26mV，電

5、容C 對(duì)交流信號(hào)可視為短路； ui 為正弦波，有效值為10 mV。試問：（ 1）二極管在ui 為零時(shí)的電流和電壓各為多少?（ 2）二極管中流過的交流電流有效值為多少？【相關(guān)知識(shí)】（ 1）二極管靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的概念，小信號(hào)作用下動(dòng)態(tài)電阻的求解。（ 2）圖解法?！窘忸}思路】（ 1）首先分析靜態(tài)電流和電壓，即靜態(tài)工作點(diǎn)Q。（ 2）求出在Q點(diǎn)下的動(dòng)態(tài)電阻，分析動(dòng)態(tài)信號(hào)的作用?！窘忸}過程】（1）利用圖解法可以方便地求出二極管的Q點(diǎn)。在動(dòng)態(tài)信號(hào)為零時(shí)，二極管導(dǎo)通，電阻R中電流與二極管電流相等。因此，二極管的端電壓可寫成為uD=V - i DR在二極管的伏安特性坐標(biāo)系中作直線（uD=V - i DR），與伏安特

6、性曲線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)，如 (b)所示。讀出 Q點(diǎn)的坐標(biāo)值，即為二極管的直流電流和電壓，約為UD0.7 V ，I D26 mA（2） Q點(diǎn)下小信號(hào)情況下的動(dòng)態(tài)電阻為r dUT/ ID= (26/2.6)=10 根據(jù)已知條件，二極管上的交流電壓有效值為I D = U i / r10 mV，故流過的交流電流有效值為 d =(10/10) mA=1 mA圖（ c ）【常見錯(cuò)誤】二極管靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的概念不清楚。（1）認(rèn)為二極管兩端的電壓始終為0.7V ，不會(huì)根據(jù)具體的伏安特性分析二極管的靜態(tài)電壓和電流。（2）計(jì)算動(dòng)態(tài)電阻時(shí)用直流電阻代替，即認(rèn)為r dUD/ ID。【例 1-5 】電路如圖（ a）所示。設(shè)輸

7、入信號(hào)，二極管導(dǎo)通壓降可以忽略不計(jì)，試分別畫出輸出電壓的波形。圖 (a)【相關(guān)知識(shí)】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判斷?！窘忸}思路】（1）判斷二極管的工作狀態(tài)。（ 2）當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)uO=VC；當(dāng)二極管截止時(shí)uO=uI 。.【解題過程】在圖（ a）所示電路中，當(dāng)二極管斷開時(shí)，二極管兩端的電壓等于。所以當(dāng)時(shí)，二極管截止，當(dāng)時(shí)，二極管導(dǎo)通，由此畫出輸出電壓的波形如圖（b）所示。圖 (b)【例 1-6 】在圖示電路中，設(shè)二極管正向?qū)〞r(shí)的壓降為0.7V ，試估算 a 點(diǎn)的電位?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】（ 1）二極管的線性等效模型。（ 2）二極管的工作狀態(tài)判斷方法?！窘忸}思路】（ 1）要先判定二極管的工作狀態(tài)（導(dǎo)

8、通、截止）。（ 2）選用合適的二極管線性等效模型。（ 3）利用線性電路的方法進(jìn)行分析計(jì)算?！窘忸}過程】首先分析二極管開路時(shí)，管子兩端的電位差，從而判斷二極管兩端加的是正向電壓還是反向電壓。若是反向電壓，則說明二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；若是正向電壓，但正向電壓小于二極管的死區(qū)電壓，則說明二極管仍然處于截止?fàn)顟B(tài)；只有當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管才能導(dǎo)通。在圖示電路中，當(dāng)二極管開路時(shí)，二極管兩端的正向電壓，二極管反向偏置，處于截止?fàn)顟B(tài)，故?！纠?1-7 】電路如圖（a）所示。設(shè)電路中的二極管為硅管，輸入信號(hào)，電容器 C對(duì)交流信號(hào)的容抗可以忽略不計(jì)，試計(jì)算輸出電壓的交流分量。圖 (a)【相關(guān)知識(shí)】（ 1

9、）二極管的微變等效模型。（ 2）二極管電路的分析方法?！窘忸}思路】（ 1）對(duì)二極管電路進(jìn)行直流分析。（ 2）對(duì)二極管電路進(jìn)行交流分析?！窘忸}過程】因?yàn)槎O管電路中同時(shí)存在較大的直流電源和微變的交流信號(hào)，應(yīng)首先假設(shè)交流信號(hào)為零（），對(duì)電路進(jìn)行直流分析。在圖（ a）電路中，當(dāng)令、電容器C 開路時(shí)，采用二極管的恒壓模型計(jì)算出流過二極管的直流電流由此可估算出二極管的動(dòng)態(tài)電阻。然后利用二極管的微變等效模型分析計(jì)算其交流分量。在進(jìn)行交流分析時(shí)，令直流電源和電容器 C 短路，二極管D 用交流等效電阻r d 代替。此時(shí)，圖（a）電路的交流等效電路如圖（b）所示。圖 (b)由圖（ b）可得輸出電壓交流分量為。【

10、例 1-8 】 設(shè)本題圖所示各電路中的二極管性能均為理想。試判斷各電路中的二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出 A、B 兩點(diǎn)之間的電壓AB 值?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】二極管的工作狀態(tài)的判斷方法。【解題思路】（ 1）首先分析二極管開路時(shí)，管子兩端的電位差，從而判斷二極管兩端加的是正向電壓還是反向電壓。若是反向電壓，則說明二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；若是正向電壓，但正向電壓小于二極管的死區(qū)電壓，則說明二極管仍然處于截止?fàn)顟B(tài)；只有當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管才能導(dǎo)通。（ 2）在用上述方法判斷的過程中，若出現(xiàn)兩個(gè)以上二極管承受大小不等的正向電壓，則應(yīng)判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導(dǎo)通，其兩端電壓為正向?qū)妷?，然后再用上述方?/p>

11、判斷其它二極管的工作狀態(tài)。【解題過程】在圖電路中，當(dāng)二極管開路時(shí)，由圖可知二極管12兩端的正向電壓分別為10V 和 25V。二極管2D 、 DD兩端的正向電壓高于D1 兩端的正向電壓，二極管D2 優(yōu)先導(dǎo)通。當(dāng)二極管D2 導(dǎo)通后， UAB=15V，二極管D 1 兩端又為反向電壓。故D1 截止、 D2 導(dǎo)通。 UAB= 15V。【例 1-9 】 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖所示。其中硅穩(wěn)壓管DZ 的穩(wěn)定電壓UZ=8V、動(dòng)態(tài)電阻 r Z 可以忽略， UI =20V。試求：(1) UO、I O、 I 及 I Z的值；(2) 當(dāng) UI 降低為 15V 時(shí)的 UO、I O、I 及 I Z值?！鞠嚓P(guān)知識(shí)】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓

12、電路?！窘忸}思路】根據(jù)題目給定條件判斷穩(wěn)壓管的工作狀態(tài)，計(jì)算輸出電壓及各支路電流值。【解題過程】(1) 由于 UZ穩(wěn)壓管工作于反向電擊穿狀態(tài)，電路具有穩(wěn)壓功能。故UO=UZ=8VI Z= I I O=64=2 mA(2) 由于這時(shí)的UZ穩(wěn)壓管沒有被擊穿，穩(wěn)壓管處于截止?fàn)顟B(tài)。故I Z=0【例 1-10 】電路如圖 (a) 所示。其中未經(jīng)穩(wěn)定的直流輸入電壓UI 值可變，穩(wěn)壓管DZ 采用 2CW58型硅穩(wěn)壓二極管，在管子的穩(wěn)壓范圍內(nèi)，當(dāng)I Z 為 5mA時(shí)，其端電壓UZ 為 10V、為 20，且該管的I ZM為 26mA。(1) 試求當(dāng)該穩(wěn)壓管用圖 (b) 所示模型等效時(shí)的 UZ0 值；(2) 當(dāng)

13、UO =10V 時(shí)， UI 應(yīng)為多大？(3) 若 UI 在上面求得的數(shù)值基礎(chǔ)上變化 10%， 即從 0.9U I 變到 1.1U I ，問 UO 將從多少變化到多少？相對(duì)于原來的10V，輸出電壓變化了百分之幾？在這種條件下，I Z 變化范圍為多大？(4)若 UI值上升到使 I Z=I ZM，而 r Z 值始終為20，這時(shí)的 UI 和 UO 分別為多少？(5)若 UI值在 69V 間可調(diào)， UO將怎樣變化？圖 (a)圖 (b)【相關(guān)知識(shí)】穩(wěn)壓管的工作原理、參數(shù)及等效模型?！窘忸}思路】根據(jù)穩(wěn)壓管的等效模型，畫出等效電路，即可對(duì)電路進(jìn)行分析?！窘忸}過程】(1) 由穩(wěn)壓管等效電路知，(2)(3)設(shè)不變

14、。當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)(4)(5) 由于 U I UZ0 ，穩(wěn)壓管 DZ 沒有被擊穿，處于截止?fàn)顟B(tài)故 UO將隨 U I 在 69 V 之間變化【例 1-11 】電路如圖 (a) 、(b) 所示。其中限流電阻R=2，硅穩(wěn)壓管DZ1、 DZ2 的穩(wěn)定電壓UZ1 、UZ2 分別為6V 和 8V，正向壓降為0.7V ，動(dòng)態(tài)電阻可以忽略。試求電路輸出端A、B 兩端之間電壓UAB的值。圖 (a)圖 (b)【相關(guān)知識(shí)】穩(wěn)壓管的伏安特性?！窘忸}思路】（ 1）判斷穩(wěn)壓管能否被擊穿。（ 2）若穩(wěn)壓管沒有被擊穿，判斷穩(wěn)壓管是處于截止?fàn)顟B(tài)還是正向?qū)顟B(tài)?！窘忸}過程】判斷穩(wěn)壓管的工作狀態(tài)：（ 1）首先分析二極管開路時(shí)，管子兩端的電位差，從而判斷二極管兩端所加的是正向電壓還是反向電壓。若是反向電壓，則當(dāng)反向電壓大于管子的穩(wěn)定電壓時(shí)，穩(wěn)壓管處于反向電擊穿狀態(tài)。否則，穩(wěn)壓管處于截止?fàn)顟B(tài)；若是正向電壓，但當(dāng)正向電壓大于其的死區(qū)電壓時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)。（ 2）在用上述方法判斷的過程中，若出現(xiàn)兩個(gè)以上穩(wěn)壓管承受大小不等的電壓時(shí)，則應(yīng)判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導(dǎo)通，或者在同樣的反向電壓作用下，穩(wěn)定電壓較小者優(yōu)先導(dǎo)通，然后再用上述方法判斷其它二極管的工作狀態(tài)。根據(jù)上述穩(wěn)壓管工