出部 2半导体二极管及其基本电路 2.1.1在室温(300K)情况下,若二极管的反向饱和电流为1nA,问它的正向电流为0.5mA 时应加多大的电压?设二极管的指数模型为i=l(e""7-1),其中n=1,Vr=26mV。 解将已知参数代入二极管指数模型iD=1(em2-1),得 0.5×103A=1×10A(eix0.0V-1) ≈0.34V 2.4.1电路如图题2.4.1所示。(1)利用硅二极管恒压降模型求电路的I和V。的值 (2)在室温(300K)的情况下,利用二极管的小信号模型求v0的变化范围。 FO ke △VpO D立 D V 图题2.4 图解2.4.1 解(1)求二极管的电流和电压 Vm=2v=(10-2×0.7)=8.6×10 1×10 A=8. 6 mA Vo=2VD=2×0.7V=1.4V (2)求vo的变化范围 图题2.4,1的小信号模型等效电路如图解2.4.1所示,温度T=300K。 26 mV d=1n=8.6mA3.02a r时,则 2×3.029 △0=△oR+271y×(100+2×3.02)a=+6my o的变化范围为(Va+△vo)-(Vo-△v),即1.406V-1.394V。 2.42电路如图题2.4.2所示,在图题2.4,1的基础上,增加一只二极管D3以提高输出电
压。(1)重复题2.4.1的(1)(2)两问;(2)在输出端外接一负载R1=1k时,问输出电压的变 化范围如何? 解(1)求二极管的电流和电压 Vm-3v(10-3×0.7)V=7.9 (10±1)V 1×103g ×103A=7.9mA (2)求v0的变化范围 D7.9m3.29a 立 29 △=△V+3=1V0332=:978my D平 vo的变化范围为(Vo+△vo)~(Vo-△vo),即2.1098V-2.0902V。 (3)求外接R1后,o的变化范围 图题2.4.2 R (10±1)V 3×0.7 图解2.4.2 外接R1后,图题2.4.2的恒压降等效电路及小信号模型等效电路分别如图解2.4.2a和图 解2.4.2b所示。由图解2.4.2a求得 3×0.7V RL 2.1mA (10 )V3 3×0.7V=2.1V 26 mV =5.8mA4.,489 由图解2.4.2b求得 △ PR+rrL ±13mV vo的变化范围为 Vo+△v0)-(Vo-△vo),即2.113V-2.087V 2.4.3二极管电路如图题2.4.3所示,试判断图中的二极管是导通还是截止,并求出AO
两端电压VA。设二极管是理想的。 12V 15V 图题2.4 解图a:将D断开,以O点为电位参考点,D的阳极电位为-6V,阴极电位为-12V,故D 处于正向偏置而导通,V0=-6V。 图b:D的阳极电位为-15V,阴极电位为-12V,D被反向偏置而截止,VA0=-12V。 图c:对D1有阳极电位为0V,阴极电位为-12V,故D1导通,此后使D2的阴极电位为0V 而其阳极为-15V,故D2反偏截止,VA=0V 图d:对D1有阳极电位为12V,阴极电位为0V,对D2有阳极电位为12V,阴极电位为 6V,故D2更易导通,此后使VA=-6V,D1反偏而截止,故VA=-6V。 2.4.4试判断图题2.4.4中二极管是导通还是截止,为什么? 解图a:将D断开,以“”(地)为电位参考点,这时有 VA=(140+10)ka×15V=1y PRPs V8=(18+2)k20V+7 5k2 2 kn (25+5)k 15V =3.5V D被反偏而截止。 图b:将D断开,以“”为参考点,有 VA=440+101ka×15V=1V 2 kQ 10V) 5 18+2)k (25+5)ka 15
8 kn 10V B 10V B 40k 8 ko 题2.4.4 D被反偏而截止。 图c:将D断开,以“”为参考点,有 VA=(140+10)ka×15V=1y -2k ×20V+ 5 ko B(18+2)k (25+5)k 15V=0.5V D被正偏而导通。 2.4.5电路如图题2.4.5所示,电源v、为正弦波电压,试绘出负载R1两端的电压波形。 设二极管是理想的。 解图题2.4.5a中,v.>0时,D导通,v1=v,;v0时,D2、D4导通,v1=v,;v<0时,D1、D2导通 U,。故v1波 形如图解2.4.5中v1所示。 2.4.6电路如图题2.4.6所示,设v1=6 sino v,试绘出输出电压vo的波形。设D为硅
极管,使用恒压降(0.7V)模型和折线模型(V=0.6V,rD=400)进行分析。 D 图题2.4.5 D立 图解2.4.5 图题2.4.6 解 (1)恒压降等效电路法 当0<v<0.7V时,D截止,o=v;当v1≥0.7V时,D导通,vo=vb=0.7V;当v<0 时,D截止,vo=v。v1与vo的波形如图解2.4.6a所示。 (2)折线等效电路如图解2.4.6b所示,当v<0及0<v<0.6V时,D截止,v0=v,;当v ≥0.6V时,D导通,vo Vrn+V,m(10040a×409+0.6V=0.86V。0与 Uo波形如图解2.4.6c所示。 24,7电路如图题2.4,7所示,D1D2为硅二极管,当v1=6smoV时,试用恒压降模型和 折线模型(V=0.5V,rD=2009)分析输出电压vo的波形。 解(1)恒压降等效电路法 当0<1v1<0.7V时,D1、D2均截止,v=v1;当v≥0.7V时,D1导通,D2截止,v0= 0.7V;当v≤-0.7V时,D2导通,D1截止,vo=-0.7V。v,与v0波形如图解2.4.7a所示
D\A 0.6V 图解2.4.6 (2)折线等效电路如图解2.4.7b所示,图中V=0.5V,r=2009。当0<1v11<0.5V 时,D1、D2均截止,v0=v1;v1≥0.5V时,D1导通,D2截 止:v≤-0.5V时,D2导通,D1截止。因此,当v1≥0.5 V时有 DD2本 R+ Vm=000+200a×200+0.5V≈1.42V 同理,v≤-0.5V时,可求出类似结果。 图题2.4.7 ,与vo波形如图解2.4.7c所示。 2.4.8二极管电路如图题2.4.8a所示,设输入电压v1(t)波形如图b所示,在0<t≤5ms 的时间间隔内,试绘出v(t)的波形,设二极管是理想的。 解v1(t)<6V时,D截止,v0(t)=6V;1(t)≥6V时,D导通
w/V to/ 图解2.4.7 6v to 图题2.4.8 v1(t)-6V ()=(200+200×2002+6V =51(t)+3V 1(1)=10V时,0()=8V波形如图解24,8 所示。 2.4.9重复题2.4.8,使用恒压降模型 解图题2.4.8电路的恒压降等效电路如图解 2.4.9a所示。v1(t)<6.7V时,D截止,vo(t)=6V; 1(t)≥6.7V时,D导通。 (t)-6V-0.7V o()=-200a+200a×200.+6V 201(1)+2.65V 图解2.4.8 vo(t)=10V时,vo(t)=7.65V。vo波形如图解2.4.9b所示
200D0.7V (b) 图解2.4.9 2.410在0≤t≤10ms时间内,绘出图题2.4.10a所示电路的输出电压vo(t)的波形。 (1)设二极管是理想的;(2)使用恒压降模型。 50 图题2.4.10 解先将D断开,并设与D阳极相连的点的电位为v1(t),则有 1(1)=(200+50a1(4)=0.21(1) (1)设二极管是理想的 当v1()=0.2v1()<5V,即v1(1)<25V时,D截止,v0=0.2v1(); 当v1(t)≥5V,即v1(t)≥25V时,D导通,vo=5V,vo波形如图解2.4.10a所示。 (2)恒压降等效电路如图解2.4.10b所示。当v1(t)<5.7V,即v1(t)<28.5V时,D截 止,vo(t)=v1(t)=0.2v1(t);当v'(t)≥5.7V,即v1(t)≥28.5V时,D导通,vo(t)= 5.7V。v0(t)的波形如图解2.4.10c所示。 24,11试描绘图题2.4,8所示电路的传输特性v=f(v),使用折线模型V=0.6V
Do(t)/ 0.7VT50 解v1<6.6V时,D截止,vo=6V; v1≥6.6V时,D导通 1-(6+0.6)V 0+25+200) 200+6V 0.47v1+2.89V U1=10V时,vo=7.59V 2.4.12一限幅电平可人为地设置的电路如图题2.4.12 所示,D为硅二极管,VEp=5V。(1)使用恒压降模型求电 路的传输特性vo=f(v1);(2)根据传输特性,画出当v1= 图解2.4.11
U=10 sin ot v时,输出电压vo的波形。 o/V 图题2.4.1 图解2.4.12 解(1)用恒压降模型求传输特性 v1<VRF+0.7V=5.7V时,D截止,vo=v1;v1=Vk+0.7V=5.7V时,D导通,vo 5.7V 传输特性如图解2.4.12中的vo=f(v1)所示。 (2)根据传输特性知 当v1=v,=10 sinat v时,vo波形如图解2.4.12中的vo所示。 2.4.13电路如图题2.4.13所示,设二极管是理想的。(a)画出它的传输特性;(b)若输入 电压v1=v1=20 sino v,试根据传输特性绘出一周期的输出电压vo的波形。 解(a)画传输特性 0<v1<12V时,D1、D2均截止,vo=v1; v1≥12V时,D1导通,D2截止 12k 6 ko 0=(6+12)k01+(6+12)kax12V 4 V 10V<v1<0时,D1、D2均截止,vo=v1; v1≤-10V时,D2导通,D1截止 °(6+12)n+(6+12)kx(-10)V=3v-3 12 ko 传输特性如图解2.4.13中a所示。 (b)当v1=v,=20 sino v时,vo波形如图解2.4.13b所示
