模擬電子技術二極管典型例題

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 20 時二極管的正向電壓降UD=660mV ，求在 50 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 ？相關知識 】二極管的伏安特性 、 溫度特性 ，恒流源解題思路 】推導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溫度系數(shù) ，可以用于溫度的測量 。其溫度系數(shù) 2mV/ 。20 時二極管的正向電壓降UD=660mV50 時二極管的正向電壓降UD=660 ( 2 3=060)0 mV試畫出 uI與 uO的波因為二極管的正向電壓降 UD 是溫度和

2、正向電流的函數(shù) ， 所以應使用電流源以穩(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) 。例 1-2 】電路如圖 (a)所示 ，已知，二極管導通電壓形，并標出幅值專業(yè) word 可編輯圖(a)相關知識 】二極管的伏安特性及其工作狀態(tài)的判定解題思路 】；當二極管的截止時首先根據(jù)電路中直流電源與交流信號的幅值關系判斷二極管工作狀態(tài)uO=u I； 當二極管的導通時 【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 和導通電壓均為 0.7V。由于二極管 D1的陰極電位為 3V，而輸入動態(tài)電壓 uI作用于 D1的陽極 ，故只有當 uI高于3.7V 時D1

3、才導通 ，且一旦 D1導通，其陽極電位為 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 uI低于3.7V時D2才導通 ，且一旦 D2導通，其陰極電位 即為 3.7V ，輸出電壓 uO=3.7V。當 u I在 3.7V 到3.7V之間時 ，兩只管子均截止 ，故uO=uI。uI和 uO 的波形如圖 (b)所示。圖(b)專業(yè) word 可編輯【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 算流過二極管的電流有多大 ？【相關知識 】二極管的伏安特性 ?！窘忸}思路 】（1）根據(jù)二極管的伏安特性

4、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流等于。反之 ，流過二極管的電流等于 ：此時二極管的等效直流電阻為 ：實際上電池的內阻 、 接線電阻和二極管的體電阻之和遠遠大于RD，流過二極管的電流遠遠小于計算值 。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 、 電池的內阻和二極管的體電阻有關 。通常這些電阻都非常小 ，足以使二極管和干電池損壞 。因此 ，實際應用時電 路中必須串接適當?shù)南蘖麟娮?，以防損壞電路元器

5、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 UT26mV ，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：專業(yè) word 可編輯（1）二極管在 ui 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 。【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

6、極管導通 ，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系中作直線 （uD=V - iDR），與伏安特性曲線的交點就是 Q 點，如（b）所示。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 ， ID 26 mA（2） Q 點下小信號情況下的動態(tài)電阻為rd UT/ I D = （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 ，故流過的交流電流有效值為ID = U i/ r d =（10/10） mA=1 mA專業(yè) word 可編輯圖（c）常見錯誤 】 二極管靜態(tài) 、

7、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 rd UD/ I D。二極管導通壓降可以忽略不例 1-5 】電路如圖 （a）所示 。設輸入信號，計， 試分別畫出輸出電壓的波形。圖 (a)專業(yè) word 可編輯相關知識 】 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）當二極管導通時 uO=VC；當二極管截止時 uO=u I所以解題過程 】在圖 （a）所示電路中 ，當二極管斷開時 ，二極管兩端的電壓等于當時 ，二極管截止 ，當時 ，二極管導通 ，由此畫出輸出電壓

8、的波形如圖 （b ）所示 。例 1-6 】在圖示電路中 ，設二極管正向導通時的壓降為 0.7V ，試估算 a 點的電位專業(yè) word 可編輯相關知識 】（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 。解題過程 】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) ； 只有當正向電壓大于死區(qū)

9、電壓時 ，二極管才能導通在圖示電路中 ，當二極管開路時 ，二極管兩端的正向電壓，二極管反向偏置 ，處于截止狀態(tài)的交流分量 。例 1-7 】 電路如圖 （a）所示 。設電路中的二極管為硅管 ，輸入信號，電容器 C 對交流信號的容抗可以忽略不計 ，試計算輸出電壓圖 (a)相關知識 】（1）二極管的微變等效模型（2）二極管電路的分析方法專業(yè) word 可編輯解題思路 】（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解題過程 】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 ，應首先假設交流信號為零（）， 對電路進行直流分析 。在圖（ a）電路中 ，當令、電容器 C開路時，采用二

10、極管的恒壓模型計算出流過二極管的直流電流由此可估算出二極管的動態(tài)電阻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專業(yè) word 可編輯 【例 1-8 】設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通還是截止 ，并 求出 A、B 兩點之間的電壓 AB值 。相關知識 】 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 ，管子兩端的電位差 ， 從而判斷二極管

11、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) ；只有當正向電壓大于死區(qū)電壓時 ，二極管才能導通 。（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 ，則應判定承受 正向電壓較大者優(yōu)先導通 ，其兩端電壓為正向導通電壓 ， 然后再用上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 ，當二極管開路時 ，由圖可知二極管 D 1、 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 D 1兩端的正向電壓 ，二極管 D2 優(yōu)先

12、導通 。當二極管 D2 導通后 ，UAB= 15V，二極D1 兩端又為反向電壓 。故 D1截止 、D2導通 。UAB=15V。專業(yè) word 可編輯例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 ，UI=20V 。試求 ：(1) UO、IO、I 及 IZ 的值；(2) 當UI降低為 15V 時的 UO、IO、I及 IZ值?！鞠嚓P知識 】穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 。解題思路 】 根據(jù)題目給定條件判斷穩(wěn)壓管的工作狀態(tài) ，計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=U Z=8VI

13、Z= I IO=6 4=2 mA專業(yè) word 可編輯(2) 由于這時的UZ穩(wěn)壓管沒有被擊穿， 穩(wěn)壓管處于截止狀態(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 ，當 IZ為 5mA 時，其端電壓 UZ為 10V、 為 20，且該管的 IZM 為 26mA 。(1) 試求當該穩(wěn)壓管用圖 (b)所示模型等效時的 UZ0 值；(2) 當 UO =10V 時，UI 應為多大 ？(3) 若 U I在上面求得的數(shù)值基礎上變化 10%， 即從 0.9U I變到 1.1UI，問 UO 將從多

14、少變化到多少 ？相對于原來的 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 =I ZM，而 rZ值始終為 20，這時的 UI和 UO 分別為多少 ？(5) 若 UI值在 69V 間可調 ，UO將怎樣變化 ？專業(yè) word 可編輯圖 (b)圖 (a)相關知識 】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 ， 即可對電路進行分析解題過程 】(1) 由穩(wěn)壓管等效電路知(2)(3) 設 不變當時當時專業(yè) word 可編輯(4)(5) 由于 U IUZ0，穩(wěn)壓管 DZ 沒有被擊穿 ，處于截止狀態(tài)故 U

15、O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 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。圖(a)圖(b)相關知識 】穩(wěn)壓管的伏安特性專業(yè) word 可編輯 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)壓管是處于截止狀態(tài)還是正向導通狀態(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 ，但當正向電壓大于其的死區(qū)電壓時 ，二極管處于正向導通狀 態(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， 則應判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導通 ，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)的判斷方法