模擬電子技術(shù)二極管典型例題

.【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(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(shuō)明影響正壓降的因素及該電路的用途?！窘忸}過(guò)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 UD=660mV 50時(shí)二極管的正向電壓降 UD=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?-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)，?！窘忸}過(guò)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(yáng)極，故只有當(dāng)uI高于3.7V時(shí) D1才導(dǎo)通，且一旦D1導(dǎo)通，其陽(yáng)極電位為3.7V，輸出電壓uO=3.7V。由于D2的陽(yáng)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。 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1.5V的干電池接在二極管兩端，試計(jì)算流過(guò)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(guò)二極管的電流。（2）根據(jù)二極管兩端的電壓及流過(guò)二極管的電流求出二極管的等效直流電阻?！窘忸}過(guò)程】如果將干電池的正、負(fù)極分別與二極管的陰極、陽(yáng)極相接，二極管反向偏置，此時(shí)流過(guò)二極管的電 流等于。反之，流過(guò)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(guò)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)南蘖麟娮瑁苑罁p壞電路元器件?！纠?-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(wèn)： （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(guò)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。【解題思路】 （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(guò)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 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UD0.7 V，ID26 mA（2）Q點(diǎn)下小信號(hào)情況下的動(dòng)態(tài)電阻為rdUT/ 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10 mV，故流過(guò)的交流電流有效值為ID = Ui/ rd =(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rdUD/ ID?！纠?-5】電路如圖（a）所示。設(shè)輸入信號(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(guò)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。【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?！窘忸}過(guò)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(shuō)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(shuō)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?-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）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(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(guò)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(guò)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?！纠?-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?！窘忸}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(shuō)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(shuō)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(guò)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)?！窘忸}過(guò)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 D1兩端又為反向電壓。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(shí)】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?！窘忸}過(guò)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= IIO=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。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？ (3) 若UI在上面求得的數(shù)值基礎(chǔ)上變化10%，即從0.9UI變到1.1UI，問(wèn)UO將從多少變化到多少？相對(duì)于原來(lái)的10V，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。【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(duì)電路進(jìn)行分析?！窘忸}過(guò)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U IUZ0，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)。【解題過(guò)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(guò)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