第一章 半导体二极管及其应用典型例题

第一章半导体二极管及其应用

【例1-1】分析图所示电路的工作情况，图中I为电流源，I=2mA。设20℃时二极管的正向电压降U D=660mV，求在50℃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？

【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/℃。

20℃时二极管的正向电压降

U D=660mV

50℃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U D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U D仅仅是温度一个变量的函数。

【例1-2】电路如图(a)所示，已知，二极管导通电压。试画出u I与u O的波形，并标出幅值。

图(a)

【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】

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，u O=u I；当二极管的导通时，。

【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U on和导通电压均为0.7V。

由于二极管D1的阴极电位为＋3V，而输入动态电压u I作用于D1的阳极，故只有当u I高于＋3.7V时 D1才导通，且一旦D1导通，其阳极电位为3.7V，输出电压u O=＋3.7V。由于D2的阳极电位为－3V，而u I作用于二极管D2的阴极，故只有当u I低于－3.7V时D2才导通，且一旦D2导通，其阴极电位即为

－3.7V，输出电压u O=－3.7V。当u I在－3.7V到＋3.7V之间时，两只管子均截止，故u O=u I。

u I和u O的波形如图(b)所示。

图(b)

【例1-3】某二极管的反向饱和电流，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流等于。反之，流过二极管的电流等于：

此时二极管的等效直流电阻为：

实际上电池的内阻、接线电阻和二极管的体电阻之和远远大于R D，流过二极管的电流远远小于计算值。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。

【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U T≈26mV，电容C对交流信号可视为短路；u i为正弦波，有效值为10 mV。试问：

（1）二极管在u i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。

【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R中电流与二

极管电流相等。因此，二极管的端电压可写成为

u D=V − i D R

在二极管的伏安特性坐标系中作直线（u D=V−i D R），与伏安特性曲线的交点就是Q点，如(b)所示。读出Q点的坐标值，即为二极管的直流电流和电压，约为

U D≈0.7 V，I D≈26 mA

（2）Q点下小信号情况下的动态电阻为

r d≈U T/ I D = (26/2.6)Ω=10 Ω

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

I D = U i/ r d =(10/10) mA=1 mA

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r d≈U D/ I D。

【例1-5】电路如图（a）所示。设输入信号，，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。

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u O=V C；当二极管截止时u O=u I。.

【解题过程】

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。所以当时，二极管截止，

当时，二极管导通，

由此画出输出电压的波形如图（b）所示。

图 (b)

【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，二极管反向偏置，处于

截止状态，故。

【例1-7】电路如图（a）所示。设电路中的二极管为硅管，输入信号，，