《模拟电子技术》(第3版)课件与教案 第1章

第1章 半导体二极管及其应用试确定图（a ）、（b ）所示电路中二极管D 是处于正偏还是反偏状态，并计算A 、B 、C 、D 各点的电位。

设二极管的正向导通压降V D(on) ＝。

解：如图E1.1所示，断开二极管，利用电位计算的方法，计算二极管开始工作前的外加电压，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有（a ）V D1＇＝（12－0）V ＝12V ＞0.7V ，D 1正偏导通，)7.02.22.28.17.012(A +⨯+-=VV B ＝V A －V D(on)）V ＝6. 215V（b ）V D2＇＝（0－12）V ＝－12V ＜0.7V ，D 2反偏截止，有V C ＝12V ，V D ＝0V二极管电路如图所示，设二极管的正向导通压降V D(on) ＝，试确定各电路中二极管D 的工作状态，并计算电路的输出电压V O 。

解：如图E1.2所示，将电路中连接的二极管开路，计算二极管的端电压，有 （a ）V D1＇＝[－9－（－12）]V ＝3V ＞0.7V ，D 1正偏导通V O1（b ）V D2＇＝[－3－（－29）]V ＝1.5V ＞0.7V ，D 2正偏导通V O2图E1.2（c）V D3＇＝9V＞0.7V，V D4＇＝[9－（－6）]V＝15V＞0.7V，V D4＇＞V D3＇，D4首先导通。

D4导通后，V D3＇＇＝（0.7－6）V＝－5.3V＜，D3反偏截止，V O3。

二极管电路如图所示，设二极管是理想的，输入信号v i=10sinωt V，试画出输出信号v O的波形。

图E1.3解：如图E1.3所示电路，二极管的工作状态取决于电路中的输入信号v i的变化。

（a）当v i＜0时，D1反偏截止，v O1＝0；当v i＞0时，D1正偏导通，v O1＝v i。

（b）当v i＜0时，D2反偏截止，v O2＝v i；当v i＞0时，D2正偏导通，v O2＝0。

（c）当v i＜0时，D3正偏导通，v O3＝v i；当v i＞0时，D3反偏截止，v O3＝0。

由此，可画出输入信号v i与输出信号v O1、v O2、v O3的波形，如图E所示。

图E1.3.1v i与v O1、v O2、v O3的波形二极管电路如图（a）所示，输入信号v i（t）的波形如图（b）所示。

（1）设二极管是理想的，试画出v O（t）的波形。

（2）设二极管用恒压降模型等效（V D(on) ＝），试画出v O（t）的波形。

（3）设二极管用折线模型等效（V D(on) ＝，r D＝20Ω），试画出v O（t）的波形。

图E1.4解：如图E1.4（a ）所示电路，二极管D 的工作状态取决于电路中直流电源与交流信号v i （t ）的幅值关系。

断开电路中连接的二极管，其端口外加电压为，v D ＇＝［v i （t ）－6］V 。

（1） 由二极管的理想模型，有v O （t ）的波形，如图E （b ）所示，其中， 当v i （t ）＜6V 时，二极管反偏截止，v O （t ）＝6V ； 当v i （t ）＞6V 时，二极管正偏导通，O 66V 3V 22()()()[][]i i v t v t v t -=+=+当v i （t ）＝10V 时，v O （t ）＝8V 。

（2） 由二极管的恒压降模型，有v o （t ）的波形，如图E （c ）所示，其中， 当v i （t ）＜6.7V 时，二极管截止，v O （t ）＝6V ；当v i （t ）＞6.7V 时，二极管导通，V ]65.22)([V ]627.6)([)(O +=+-=t v t v t v i i当v i （t ）＝10V 时，v O （t ）＝7.65V 。

（3）由二极管的折线模型，有v O （t ）的波形，如图E （d ）所示，其中，当v i （t ）＜6.7V 时，二极管截止，v O （t ）＝6V ； 当v i （t ）＞6.7V 时，二极管导通，O 67102006V 281V 2002020021().()[][().]i i v t v t v t -=⨯+≈+++当v i （t ）＝10V 时，v O （t ）≈ 。

1.5 二极管电路如图E1.5所示，取二极管正向导 通压降V D(on) ＝，i =102sin mV v t ω，C 对交流的容抗近似为零，试求二极管D 两端的交流电压v d 和流过二极管的交流电流i d 。

解：如图E1.5所示，分别用二极管的恒压降模型和交流微变小信号模型做等效变换，可将非线性的二极管视为线性参件，由叠加定理，有I D ＝I Q ＝5.27.05- 图E1.4.1 v i （t ）与v O （t ）的波形图E1.5d Q 26mV 26151mA 172.().r I =Ω≈Ω≈Ωdm 102500[]mA 0.40mA 102500//15.1250015.1=⨯≈++Id 0.402sin mA ω≈i td d d ·0.4015.12sin t mV 62sin t mV ωω=≈⨯≈v i r1.6 二极管电路如图E1.6所示，设二极管的正向导通压降V D(on) ＝，二极管的最大功耗P DM 为10mW ，要求电路在电源电压为5V ≤V DD ≤10V 的范围内变化时，二极管均正向导通，且流过二极管电流的最小值I D(min)＝2mA 。

试确定电阻R 1和R 2的取值。

（提示：P DM ＝I D(max)·V D(on) ）解：如图E1.7所示，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有D(min)1250707mA=2mA ..()I R R -=- D(max)1210070710mA=mA 07..().I R R -=-解得R 1≈407Ω，R 2≈82Ω1.7 二极管半波整流电路如图E1.7所示。

变压器T r 、熔断器FU 、负载电阻R L ，设计取值合理。

试定性地分析，当二极管D ：（1）开路；（2）短路；（3）接反时，电路的工作情况。

分析、解答：如图E1.7所示，（1）当二极管D 开路时，输出电压为零；（2）当二极管D 正常工作时，V O V 2；当二极管D 短路时，输出电压为v 2，负载电流约增加一倍多，熔断器熔断，输出电压为零；（3）当二极管D 反接时，电路可以工作，但输出电压极性相反。

1.8 在图E1.8所示的单相桥式整流电路中，若V 2＝400V ，R L ＝500Ω，试求：图E1.7图E1.6（1）输出电压平均值，输出电流平均值，流经每个二极管的平均电流和每个二极管所承受的最大反向电压；（2）若二极管D 1电极引线与电路连接处焊接不良，形成接触电阻R 1＝100Ω，如图E 所示，则输出电流的平均值为多少？解答：如图E1.8所示单相桥式整流电路，有 （1）V O(A V)＝V 2＝9×400V ＝360VI O(A V)＝V O(A V) /R L ＝（360 /500）A ＝A 36.0A 72.02121O(AV)D =⨯==I I ；V DRM ＝2V 2≈2×400V ≈565.7 V（2）如图E 所示，有22O(AV)L 1L 0.450.450.454000.45400()A 0.66A 500500100⨯⨯=+=+=++V V I R R R在图E1.9所示的单相桥式整流电路中若有一个二极管被断路、短路、反接，电路会出现什么情况？解答：在图E1.9所示单相桥式整流电路中：V 2；若电路中有一个二极管（例如D 1）被短路，在电路工作的另一半时间（例如负半周）内，二极管（D 2）及（或）变压器的二次绕组（变压器）会被短路、烧毁；若电路中一个二极管（例如D 1）被反接，在电路工作的一半时间（负半周）内，变压器二次绕组经对应的二极管（D 1、D 2）被短路，变压器的二次绕组及（或）对应的二极管（D 1、D 2）会因电流过大而被烧毁。

有一电阻性负载R L ，需直流电压24V ，直流电流1A ，若用单相桥式整流电路供电，求出电源变压器副边电压的有效值，并选择整流二极管。

解答：工程上一般取：图E1.8.1图E1.8图E 1.9 单相桥式整流电路 （a ）原理电路 （b ）简化电路(a)(b)V 2＝V O / ＝24V / ≈26.7V ；A 5.0A 12121O D =⨯==I I ；V DRM ＝2V 2≈2×≈37.8 V电容滤波电路有什么特点？对负载有什么要求？电容应怎样选择？ 解答：以图所示的桥式整流、电容滤波电路为例说明如下：（1）电路是一种并联滤波电路，滤波电容与负载电阻直接并联，因此，负载两端的电压等于电容器C 两端电压。

电容的充放电过程在电源电压的每半个周期重复一次，因此，输出的直流电压波形更为平滑。

（2）适用于负载电流较小或基本不变的场合。

输出电压的平均值与R L C 值相关，R L C 值越大，则输出电压波动越小，输出电压平均值越大。

当负载R L 开路时，输出电压平均值最大，V O(A V)＝2V 2；当滤波电容C 开路时，输出电压平均值最小，V O(A V)＝V 2。

（3）为了获得较好的滤波效果，滤波电容器的电容要选得较大，通常取：τ＝R L C ≥（3~5）T/2若电源频率为50H Z ，输出电压周期T ＝0.02s ，则R L C ≥）sC ≥LL001s 3535F 2.(~)(~)T R R =Ω（）（） ；电容耐压≥2V 21.12由理想二极管组成的电路如图E1.12所示，设v i ＝10sin ωt V ，试画出输出信号v O的波形。

解：如图E1.12所示，二极管D 的工作状态取决于电路中直流电源与交流信号v i 的幅值关系。

由二极管的理想模型可知当v i ＜5V 时，二极管反偏截止，v O ＝5V 当v i ＞5V 时，二极管正偏导通，v O ＝v i由此，可画出输出信号v O 的波形，如图E1.12.1所示图E 1.11 单相桥式整流、电容电路3 在图3所示的二极管限幅电路中，已知输入信号为v i ＝10sin ωt V ，二极管的正向导通压降V D(on) ＝，试画出输出信号v O 的波形。

解：3所示，当v i 大于上限幅值（4＋0.7）V 时，v O ＝4.7V ；当v i 小于下限幅值－(2＋0.7)V 时，v O ＝－2.7V 。

由此，可画出输出信号v O 的波形，如图E3.1所示。

4 稳压管稳压电路如图4所示，电路设计合理，其中D Z1的稳定电压为6V ，D Z2的稳定电压为10V ，它们的正向导通压降为，试求各电路的输出电压值。

解：如图所示稳压管稳压电路，由稳压管的参数，有（a ）v O1＝（6＋10）V ＝16V ； （b ）v O2＝（6＋0.7）V ＝6.7V ； （c ）v O35 二极管电路如图5所示，电路设计合理，设v i ＝10sin ωt V ，稳压管D Z 的稳定电压为8V ，正向导通压降为，R 为限流、调整电阻，试近似地画出v O 的波形。