模擬電子技術(shù)二極管典型例題

1、【例 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 UD=660mV，求在 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【相關(guān)知識 】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?！窘忸}過程 】該電路利用二極管的負(fù)溫度系數(shù)，可以用于溫度的測量。其溫度系數(shù)2mV/ 。20時(shí)二極管的正向電壓降UD=660mV50時(shí)二極管的正向電壓降UD=660 ( 2 3)0 =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)定電流，使二

2、極管 的 正向電壓降 UD 僅僅是溫度一個(gè)變量的函數(shù)。例 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】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判定。【解題思路】首先根據(jù)電路中直流電源與交流信號的幅值關(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)， ?！窘忸}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。由于二極管 D1 的陰極電位為 3V，而輸入動(dòng)態(tài)電壓 u I作用于 D1 的陽極，故只有當(dāng) uI高于時(shí)D1 才導(dǎo)通，且一旦 D1導(dǎo)通，其陽極電位為，輸出電壓 uO=。由于 D2

3、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低于時(shí) D2才導(dǎo)通，且一旦 D2 導(dǎo)通，其陰極電位即為，輸出電壓 uO=。當(dāng) uI 在到之間時(shí)，兩只管子均截止，故 uO=uI。uI 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】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

4、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。例 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 UT 26mV，電容 C對交流信號可視為短路； 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

5、（2）二極管中流過的交流電流有效值為多少【相關(guān)知識】（1）二極管靜態(tài)、動(dòng)態(tài)的概念，小信號作用下動(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)信號的作用【解題過程】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 iDR在二極管的伏安特性坐標(biāo)系中作直線(uD=V iDR)，與伏安特性曲線的交點(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UD ，V ID 26 mA2) Q 點(diǎn)下小

6、信號情況下的動(dòng)態(tài)電阻為rdUT/ ID = (26/ =10 根據(jù)已知條件，二極管上的交流電壓有效值為10 mV，故流過的交流電流有效值為常見錯(cuò)誤】圖(c)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，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rdUD/ ID。例 1-5 】電路如圖（ a）所示。設(shè)輸入信號， ，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】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判斷。解題思路】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

7、】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，由此畫出輸出電壓例 1-6】在圖示電路中，設(shè)二極管正向?qū)〞r(shí)的壓降為，試估算a 點(diǎn)的電位。相關(guān)知識】（ 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。解題思路】（1）要先判定二極管的工作狀態(tài)（導(dǎo)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。解題過程】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，二極管反向偏置，處于則說明二極

8、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截止?fàn)顟B(tài)輸入信號 ，例 1-7】 電路如圖 （a）所示。 設(shè)電路中的二極管為硅管， 電容器 C 對交流信號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】1）二極管的微變等效模型。2）二極管電路的分析方法。解題思路】1）對二極管電路進(jìn)行直流分析。（2）對二極管電路進(jìn)行交流分析。解題過程】 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，應(yīng)首先假設(shè)交流信號為零（ ），對電路進(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

9、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 rd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【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。相關(guān)知識 】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

10、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?，然后再用上述方法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D1、D2兩端的正向電壓分別為 10V和 25V。二極管 D2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D1 兩端又為反向電壓。故 D1 截止、 D2 導(dǎo)通。 UAB

11、= 15V?！纠?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 rZ可以忽略， UI=20V。 試求：(1) UO、IO、I 及 IZ的值；(2) 當(dāng) UI降低為 15V時(shí)的 UO、IO、 I及 IZ值?！鞠嚓P(guān)知識】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路?！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=8VIZ= I IO=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IZ=0例 1-10】電路如圖 (a)所示

12、。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)IZ為 5mA 時(shí)，其端電壓 UZ為 10V、 為 20，且該管的 IZM 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) UO =10V 時(shí)，UI 應(yīng)為多大10V，(3) 若 UI 在上面求得的數(shù)值基礎(chǔ)上變化 ±10%，即從變到，問 UO將從多少變化到多少相對于原來的輸出電壓變化了百分之幾在這種條件下， IZ 變化范圍為多大(4) 若 UI值上升到使 IZ=IZM，而 rZ值始終為 20，這時(shí)的 UI和 UO分別為多少(5) 若 UI

13、值在 69V 間可調(diào)， UO將怎樣變化圖 (a) 圖 (b)相關(guān)知識】穩(wěn)壓管的工作原理、參數(shù)及等效模型。解題思路】根據(jù)穩(wěn)壓管的等效模型，畫出等效電路，即可對電路進(jìn)行分析解題過程】(1) 由穩(wěn)壓管等效電路知，(2)(3) 設(shè) 不變。當(dāng) 時(shí)當(dāng)時(shí)(4)(5) 由于 UI<UZ0，穩(wěn)壓管 DZ 沒有被擊穿，處于截止?fàn)顟B(tài)故 UO將隨 UI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，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

14、關(guān)知識】穩(wěn)壓管的伏安特性。解題思路】（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)。解題過程】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)?)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)壓管工作狀態(tài)的