第一章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用典型例題

1、第一章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用二極管伏安特性込I例1-1 因例1-2 因例1-3二極管電路分析團例1-4 回例1-5 叵例1-6 回例1-7 叵例1-8穩(wěn)壓管電路及其分析西例1-9 叵例1-10 叵例1-11【例1-1】分析圖所示電路的工作情況，圖中I為電流源，l=2mA。設(shè)20C時二極管的正向電壓降 LD=660mV求在50C時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?2 ,I 【相關(guān)知識】二極管的伏安特性、溫度特性，恒流源。【解題思路】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溫度系數(shù),可以用于溫度的測量。其溫度系數(shù)-2mV

2、/C。20C時二極管的正向電壓降U D=660mV50C時二極管的正向電壓降U d=660 -(2' 30) =600 mV因為二極管的正向電壓降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僅僅是溫度一個變量的函數(shù)。TDR【例1-2】電路如圖（a）所示，已知 =北血加（V），二極管導(dǎo)通電壓 % = 0.7V O試畫出ui與u。的波形，并標出幅值?！鞠嚓P(guān)知識】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判定?！窘忸}思路】-0圖(a)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，uo=ui；當(dāng)二極管的導(dǎo)通時，叱二±GV+%）

3、【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D的陰極電位為+ 3V，而輸入動態(tài)電壓ui作用于D的陽極，故只有當(dāng)ui高于+ 3.7V時Di才導(dǎo)通，且一旦 D導(dǎo)通，其陽極電位為 3.7V，輸出電壓uo=+ 3.7V。由于D的陽極電位為一3V,而u作用于二極管D2的陰極，故只有當(dāng)ui低于一3.7V時D2才導(dǎo)通，且一旦D2導(dǎo)通，其陰極電位即3.7V，輸出電壓uo= 3.7V。當(dāng)ui在3.7V到+ 3.7V之間時，兩只管子均截止，故Uo=Ui Ou I和uo的波形如圖（b）所示。tlfiII-_L_Itai圖(b)TOP【例1-3】某二極管的反

4、向飽和電流直，如果將一只1.5V的干電池接在二極管兩端，試計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。【解題過程】如果將干電池的正、負極分別與二極管的陰極、陽極相接，二極管反向偏置，此時流過二極管的電7 =10x10' A流等于弓。反之，流過二極管的電流等于:4 =% _ 1) “14幻申A此時二極管的等效直流電阻為:尺 D =h = 15/(1 14x10)32x10-* CJFD,流過二極管的電流遠遠小于計算實際上電池的內(nèi)阻、接線電阻和二

5、極管的體電阻之和遠遠大于值。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損壞。因此，實際應(yīng)用時電路中必須串接適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?，以防損壞電路元器件。電容C對交流信號可【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 視為短路；Ui為正弦波，有效值為10 mVo試問:(1 )二極管在u為零時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】(1)二極管靜態(tài)、動態(tài)的概念，小信號作用下動態(tài)電阻的求解。(2)圖解法?！窘忸}思路】(1)首先分析靜態(tài)電

6、流和電壓，即靜態(tài)工作點Q(2)求出在Q點下的動態(tài)電阻，分析動態(tài)信號的作用。R中電流與二Q點，如(b)所示【解題過程】(1 )利用圖解法可以方便地求出二極管的Q點。在動態(tài)信號為零時，二極管導(dǎo)通，電阻極管電流相等。因此，二極管的端電壓可寫成為Uc=V - i dR在二極管的伏安特性坐標系中作直線(UD=V - i dR)，與伏安特性曲線的交點就是。讀出Q點的坐標值，即為二極管的直流電流和電壓，約為UD-0.7 V，I d26 mA(2) Q點下小信號情況下的動態(tài)電阻為XUt/I D=(26/2.6) Q=10 Q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Id =

7、U i/ rd =(10/10) mA=1 mAg|Ca)圖(c)【常見錯誤】 二極管靜態(tài)、動態(tài)的概念不清楚。(1 )認為二極管兩端的電壓始終為0.7V，不會根據(jù)具體的伏安特性分析二極管的靜態(tài)電壓和電流。(2)計算動態(tài)電阻時用直流電阻代替，即認為j-Ud/ I doTDF例 1-5】電路如圖(a)所示。設(shè)輸入信號論=10沏® f V ,礦C =刃，二極管導(dǎo)通壓降可以忽略不計，試分別畫出輸出電壓 "的波形。O-+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?！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Uo=VC;當(dāng)二極管截止時UO=UI?！窘忸}過程】

8、在圖（a）所示電路中,當(dāng)二極管斷開時，二極管兩端的電壓等于。所以當(dāng)際時，二極管截止,當(dāng)時，二極管導(dǎo)通,由此畫出輸出電壓肚0的波形如圖（b）所示。圖（b）TOP【例1-6】在圖示電路中，設(shè)二極管正向?qū)〞r的壓降為0.7V，試估算a點的電位。【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?！窘忸}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行分析計算?！窘忸}過程】首先分析二極管開路時，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狀態(tài)；若是正向電壓，但正向

9、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狀態(tài)；只有當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時，二極管才能導(dǎo)通。在圖示電路中，當(dāng)二極管開路時，二極管兩端的正向電壓"血=-1V，二極管反向偏置，處例 1-71電路如圖（a）所示。設(shè)電路中的二極管為硅管，輸入信號國iO血也比電容器C對交流信號的容抗可以忽略不計，試計算輸出電壓0的交流分量。址0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?！窘忸}思路】(1)對二極管電路進行直流分析。(2)對二極管電路進行交流分析?！窘忸}過程】因為二極管電路中同時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（Mi =

10、76;），對電路進行直流分析。在圖（a）電路中，當(dāng)令 肚i = °、電容器C開路時，采用二極管的恒壓模型計算出流過二極管的直流電流Jq = (10 - 0 7) f 5一 1 冥 1 i pH 82niA由此可估算出二極管的動態(tài)電阻G « 26；mV)/7j,CmA) = 26/1 82 « 1430然后利用二極管的微變等效模型分析計算其交流分量。在進行交流分析時，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，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% w14 3f(14 3 + 25)扭嚴 $6加

11、血 mVTDR【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兩點之間的電壓U AB值。【相關(guān)知識】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，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狀態(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狀態(tài)；只有當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時，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?/p>

12、述方法判斷其它二極管的工作狀態(tài)?！窘忸}過程】在圖電路中，當(dāng)二極管開路時，由圖可知二極管端的正向電壓高于 D兩端的正向電壓，二極管D、D2兩端的正向電壓分別為 10V和25V。二極管D2兩D2優(yōu)先導(dǎo)通。當(dāng)二極管 D2導(dǎo)通后，Ub=15V,二極管Di兩端又為反向電壓。故 Di截止、D2導(dǎo)通。UaB= 15VoTDr-【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動態(tài)電阻rz可以忽略，U=20V。試求:(1)U。、I。、I 及 Iz 的值;O、I O、 當(dāng)U降低為15V時的U。、I。、I及I Z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

13、作狀態(tài)，計算輸出電壓及各支路電流值。【解題過程】(1) 由于口1 衣L = 20 X= 10V氏十夙L2 + 2> U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U=U=8VI斜卜仏Iz= I Io=6-4=2 mA(2)由于這時的2nx= 7.5V2 + 2 n< Uz穩(wěn)壓管沒有被擊穿，穩(wěn)壓管處于截止狀態(tài)。故= 15x-?- = 7.5V2 + 2(1)試求當(dāng)該穩(wěn)壓管用圖(b)所示模型等效時的 Uo值;I Z=0TDF【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U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，其端電壓U

14、Z為10V、込為20Q，且該管的I zm為26mA當(dāng)LO=10V時，U應(yīng)為多大?若LI在上面求得的數(shù)值基礎(chǔ)上變化± 10% 即從0.9Ui變到1.1Li,問Lo將從多少變化到多少?設(shè)5不變。當(dāng)心0旳卄Z5V時相對于原來的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?若LI值上升到使lz=|zM,而rz值始終為20Q,這時的U和Uo分別為多少?(5)若U值在69V間可調(diào)，LO將怎樣變化?零效+D|O+aD遼fo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?！窘忸}思路】根據(jù)穩(wěn)壓管的等效模型，畫出等效電路，即可對電路進行分析?！窘忸}過程】(1)由穩(wěn)壓管

15、等效電路知,27 =5x0.02 = 9.971=% 十= 99-h3 53x0 02=9 97V側(cè) _ 9.97-1010= -0.3% = 5當(dāng)?7；=1 1 = 1 1x15 = 16 5 7 時= % +* = 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，穩(wěn)壓管DZ沒有被擊穿，處于截止狀態(tài)故UO將隨Ui在69 V之間變化TDr-【例1-11】電路如圖(a)、(b)所示。其中限流電阻R=G，硅穩(wěn)壓管DZi、DZ2的穩(wěn)定電壓Uzi

16、、UZ2分別為6V和8V，正向壓降為0.7V，動態(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。RR圖(b)圖(a)【相關(guān)知識】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)壓管是處于截止狀態(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，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，穩(wěn)壓管處于反向電擊穿狀態(tài)。否則,穩(wěn)壓管處于截止狀態(tài)；若是正向電壓，但當(dāng)正向電壓大于其的死區(qū)電壓時，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)兩個以上穩(wěn)壓管承受大小不等的電壓時，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