第一章半导体二极管及其应用典型例题

1、第一章半导体二极管及其应用二极管伏安特性込I例1-1 因例1-2 因例1-3二极管电路分析团例1-4 回例1-5 叵例1-6 回例1-7 叵例1-8稳压管电路及其分析西例1-9 叵例1-10 叵例1-11【例1-1】分析图所示电路的工作情况，图中I为电流源，l=2mA。设20C时二极管的正向电压降 LD=660mV求在50C时二极管的正向电压降。该电路有何用途？电路中为什么要使用电流源?2 ,I 【相关知识】二极管的伏安特性、温度特性，恒流源。【解题思路】推导二极管的正向电压降，说明影响正压降的因素及该电路的用途。【解题过程】该电路利用二极管的负温度系数,可以用于温度的测量。其温度系数-2mV

2、/C。20C时二极管的正向电压降U D=660mV50C时二极管的正向电压降U d=660 -(2' 30) =600 mV因为二极管的正向电压降UD是温度和正向电流的函数，所以应使用电流源以稳定电流，使二极管的正向电压降Ud仅仅是温度一个变量的函数。TDR【例1-2】电路如图（a）所示，已知 =北血加（V），二极管导通电压 % = 0.7V O试画出ui与u。的波形，并标出幅值。【相关知识】二极管的伏安特性及其工作状态的判定。【解题思路】-0图(a)首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态;当二极管的截止时，uo=ui；当二极管的导通时，叱二±GV+%）

3、【解题过程】由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示，即开启电压UOn和导通电压均为 0.7V。由于二极管D的阴极电位为+ 3V，而输入动态电压ui作用于D的阳极，故只有当ui高于+ 3.7V时Di才导通，且一旦 D导通，其阳极电位为 3.7V，输出电压uo=+ 3.7V。由于D的阳极电位为一3V,而u作用于二极管D2的阴极，故只有当ui低于一3.7V时D2才导通，且一旦D2导通，其阴极电位即3.7V，输出电压uo= 3.7V。当ui在3.7V到+ 3.7V之间时，两只管子均截止，故Uo=Ui Ou I和uo的波形如图（b）所示。tlfiII-_L_Itai图(b)TOP【例1-3】某二极管的反

4、向饱和电流直，如果将一只1.5V的干电池接在二极管两端，试计算流过二极管的电流有多大?【相关知识】二极管的伏安特性。【解题思路】(1 )根据二极管的伏安特性求出流过二极管的电流。(2)根据二极管两端的电压及流过二极管的电流求出二极管的等效直流电阻。【解题过程】如果将干电池的正、负极分别与二极管的阴极、阳极相接，二极管反向偏置，此时流过二极管的电7 =10x10' A流等于弓。反之，流过二极管的电流等于:4 =% _ 1) “14幻申A此时二极管的等效直流电阻为:尺 D =h = 15/(1 14x10)32x10-* CJFD,流过二极管的电流远远小于计算实际上电池的内阻、接线电阻和二

5、极管的体电阻之和远远大于值。电路中的电流值不仅仅是由二极管的伏安特性所决定，还与电路中的接线电阻、电池的内阻和二极管的体电阻有关。通常这些电阻都非常小，足以使二极管和干电池损坏。因此，实际应用时电路中必须串接适当的限流电阻，以防损坏电路元器件。电容C对交流信号可【例1-4】电路如图(a)所示，二极管的伏安特性如图(b)所示，常温下UT-26mV 视为短路；Ui为正弦波，有效值为10 mVo试问:(1 )二极管在u为零时的电流和电压各为多少(2)二极管中流过的交流电流有效值为多少?【相关知识】(1)二极管静态、动态的概念，小信号作用下动态电阻的求解。(2)图解法。【解题思路】(1)首先分析静态电

6、流和电压，即静态工作点Q(2)求出在Q点下的动态电阻，分析动态信号的作用。R中电流与二Q点，如(b)所示【解题过程】(1 )利用图解法可以方便地求出二极管的Q点。在动态信号为零时，二极管导通，电阻极管电流相等。因此，二极管的端电压可写成为Uc=V - i dR在二极管的伏安特性坐标系中作直线(UD=V - i dR)，与伏安特性曲线的交点就是。读出Q点的坐标值，即为二极管的直流电流和电压，约为UD-0.7 V，I d26 mA(2) Q点下小信号情况下的动态电阻为XUt/I D=(26/2.6) Q=10 Q根据已知条件，二极管上的交流电压有效值为10 mV,故流过的交流电流有效值为Id =

7、U i/ rd =(10/10) mA=1 mAg|Ca)图(c)【常见错误】 二极管静态、动态的概念不清楚。(1 )认为二极管两端的电压始终为0.7V，不会根据具体的伏安特性分析二极管的静态电压和电流。(2)计算动态电阻时用直流电阻代替，即认为j-Ud/ I doTDF例 1-5】电路如图(a)所示。设输入信号论=10沏® f V ,矿C =刃，二极管导通压降可以忽略不计，试分别画出输出电压 "的波形。O-+图(a)【相关知识】二极管的伏安特性及其工作状态的判断。【解题思路】（1）判断二极管的工作状态。（2）当二极管导通时Uo=VC;当二极管截止时UO=UI。【解题过程】

8、在图（a）所示电路中,当二极管断开时，二极管两端的电压等于。所以当际时，二极管截止,当时，二极管导通,由此画出输出电压肚0的波形如图（b）所示。图（b）TOP【例1-6】在图示电路中，设二极管正向导通时的压降为0.7V，试估算a点的电位。【相关知识】(1)二极管的线性等效模型。（2）二极管的工作状态判断方法。【解题思路】(1)要先判定二极管的工作状态（导通、截止）。(2)选用合适的二极管线性等效模型。(3)利用线性电路的方法进行分析计算。【解题过程】首先分析二极管开路时，管子两端的电位差，从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压，则说明二极管处于截止状态；若是正向电压，但正向

9、电压小于二极管的死区电压,则说明二极管仍然处于截止状态；只有当正向电压大于死区电压时，二极管才能导通。在图示电路中，当二极管开路时，二极管两端的正向电压"血=-1V，二极管反向偏置，处例 1-71电路如图（a）所示。设电路中的二极管为硅管，输入信号国iO血也比电容器C对交流信号的容抗可以忽略不计，试计算输出电压0的交流分量。址0图(a)【相关知识】(1)二极管的微变等效模型。(2)二极管电路的分析方法。【解题思路】(1)对二极管电路进行直流分析。(2)对二极管电路进行交流分析。【解题过程】因为二极管电路中同时存在较大的直流电源和微变的交流信号，应首先假设交流信号为零（Mi =

10、76;），对电路进行直流分析。在图（a）电路中，当令 肚i = °、电容器C开路时，采用二极管的恒压模型计算出流过二极管的直流电流Jq = (10 - 0 7) f 5一 1 冥 1 i pH 82niA由此可估算出二极管的动态电阻G « 26；mV)/7j,CmA) = 26/1 82 « 1430然后利用二极管的微变等效模型分析计算其交流分量。在进行交流分析时，令直流电源% 和电容器C短路，二极管D用交流等效电阻rd代替。此时，图（a）电路的交流等效电路如图（b）所示。图（b）由图（b）可得输出电压交流分量为% w14 3f(14 3 + 25)扭严 $6加

11、血 mVTDR【例1-8】 设本题图所示各电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之间的电压U AB值。【相关知识】二极管的工作状态的判断方法。【解题思路】（1）首先分析二极管开路时，管子两端的电位差，从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压，则说明二极管处于截止状态；若是正向电压，但正向电压小于二极管的死区电压，则说明二极管仍然处于截止状态；只有当正向电压大于死区电压时，二极管才能导通。(2)在用上述方法判断的过程中，若出现两个以上二极管承受大小不等的正向电压，则应判定承受正向电压较大者优先导通，其两端电压为正向导通电压，然后再用上

12、述方法判断其它二极管的工作状态。【解题过程】在图电路中，当二极管开路时，由图可知二极管端的正向电压高于 D两端的正向电压，二极管D、D2两端的正向电压分别为 10V和25V。二极管D2两D2优先导通。当二极管 D2导通后，Ub=15V,二极管Di两端又为反向电压。故 Di截止、D2导通。UaB= 15VoTDr-【例1-9】硅稳压管稳压电路如图所示。其中硅稳压管DZ的稳定电压Uz=8V动态电阻rz可以忽略，U=20V。试求:(1)U。、I。、I 及 Iz 的值;O、I O、 当U降低为15V时的U。、I。、I及I Z值。【相关知识】 稳压管稳压电路。【解题思路】 根据题目给定条件判断稳压管的工

13、作状态，计算输出电压及各支路电流值。【解题过程】(1) 由于口1 衣L = 20 X= 10V氏十夙L2 + 2> U稳压管工作于反向电击穿状态，电路具有稳压功能。故U=U=8VI斜卜仏Iz= I Io=6-4=2 mA(2)由于这时的2nx= 7.5V2 + 2 n< Uz稳压管没有被击穿，稳压管处于截止状态。故= 15x-?- = 7.5V2 + 2(1)试求当该稳压管用图(b)所示模型等效时的 Uo值;I Z=0TDF【例1-10】电路如图(a)所示。其中未经稳定的直流输入电压U值可变，稳压管DZ采用2CW58型硅稳压二极管，在管子的稳压范围内，当I Z为5mA时，其端电压U

14、Z为10V、込为20Q，且该管的I zm为26mA当LO=10V时，U应为多大?若LI在上面求得的数值基础上变化± 10% 即从0.9Ui变到1.1Li,问Lo将从多少变化到多少?设5不变。当心0旳卄Z5V时相对于原来的10V，输出电压变化了百分之几？在这种条件下,I Z变化范围为多大?若LI值上升到使lz=|zM,而rz值始终为20Q,这时的U和Uo分别为多少?(5)若U值在69V间可调，LO将怎样变化?零效+D|O+aD辽fo图(a)图(b)【相关知识】稳压管的工作原理、参数及等效模型。【解题思路】根据稳压管的等效模型，画出等效电路，即可对电路进行分析。【解题过程】(1)由稳压管

15、等效电路知,27 =5x0.02 = 9.971=% 十= 99-h3 53x0 02=9 97V側 _ 9.97-1010= -0.3% = 5当?7；=1 1 = 1 1x15 = 16 5 7 时= % +* = y9 + &47x 0.02= 10.2 V% = %心=9 5 + 26 冥 0 02 = 1042 卩S = % +空=4 +曲=10.42 + 26x1=36.427(5)由于UiV UZo，稳压管DZ没有被击穿，处于截止状态故UO将随Ui在69 V之间变化TDr-【例1-11】电路如图(a)、(b)所示。其中限流电阻R=G，硅稳压管DZi、DZ2的稳定电压Uzi

16、、UZ2分别为6V和8V，正向压降为0.7V，动态电阻可以忽略。试求电路输出端A、B两端之间电压UAb的值。RR图(b)图(a)【相关知识】稳压管的伏安特性。【解题思路】(1)判断稳压管能否被击穿。(2)若稳压管没有被击穿，判断稳压管是处于截止状态还是正向导通状态。【解题过程】判断稳压管的工作状态:(1 )首先分析二极管开路时，管子两端的电位差，从而判断二极管两端所加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压，则当反向电压大于管子的稳定电压时，稳压管处于反向电击穿状态。否则,稳压管处于截止状态；若是正向电压，但当正向电压大于其的死区电压时，二极管处于正向导通状态。(2)在用上述方法判断的过程中，若出现两个以上稳压管承受大小不等的电压时，则应判定承受正向电压较大者优先导通，或者在同样的反向电压作