电子技术基出模拟部分 第五版 3二极管及其基本电路 3.2PN结的形成及特性 3.2.1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。=1,(e-1),其 中n=1,V,=26mV。 解：将已知参数代人二极管指数模型。=1，(。导-1)得 0.5x103A=1x10A(e-1) "n≈0.34V 3.4‘二极管的基本电路及其分析方法 3.4.1电路如图题3.4：1所示，电源8，= 2 sin wt(V),试分别使用二极管理想模型和恒压 降模型(V。=0.7V)分析，绘出负载R两端的 D. 电压波形，并标出幅值。 解：当二极管为理想模型时，无正向导通 压降，>0时，D导通，=，；，0.7V时，D导通 N N @t 图解3.4.1
电子技术基础模拟部分 第五版
=U,-0.7V;U,0时，D、D,导通，=，：，<0时，D1、D导通，=-，。故 波形如图解3.4.2所示。 3.4.3电路如图题3.4.3所示。(1)利用硅二极管恒压降模型求电路的 1。和=V。=？(V。=0.7V)；(2)在室温(300K)情况下，利用二极管的小 信号模型求o的变化范围。 9+"o(10±1)V R1k2 0△u0 D史 2w Ta D2卫 ra 图题3.4.3 图解3.4.3 解：(1)由图可知，二极管始终处于导通状态，利用恒压降模型可得 流过二极管的电流，='0片20=10-2x07)Y-=8.6×10A=8.6mA R 1×1030 V。=2V。=2×0.7V=1.4V (2)图题3.4.3的小信号模型等效电路如图解3.4.3所示，温度T=300K ra= Vr 26 mV 86mA3.020
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当ral=rn=r:时，则 2×3.020 4o=aVR+2±1V×a00￥29.02)n±6mV 的变化范围为(V。+△o)~(V。-△vo),即1.406V~1.394V。 3.4.4在图题3.4.3的基础上，输出端外接一负载R=1k0时，问输出 电压的变化范围是多少？ 解：外接R,后，图题3.4.3的恒压降等效电路及小信号模型等效电路分 别如图解3.4.4a和b所示。由图解3.4.4a求得 1=2x07Y=1.4mA R ,=1,-1=10-2×0.7)y-1.4mA=7.2mA R V。=2×0.7V=1.4V V7 26 mV =元72mA3.60 由图解3.4.4b求得 2rall R A。=aVmR+2.7mv 的变化范围为 ('。+△o)~(V。-△o),即1.407V~1.393V R 1kQ 0 。2x07v 。 (a) (b) 图解3.4.4 3.4.5二极管电路如图题3.4.5所示，试判断图中的二极管是导通还是 截止，并求出A0两端电压Vo。设二极管是理想的。 解：图a:将D断开，以0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，VA0=-6V。 图b:将D断开，以0点为电位参考点，D的阳极电位为-15V,阴极电 位为-12V,D被反向偏置而截止，回路中无电流，电阻上无压降，V0 -12V
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ko D A 2V 12V 00 (e) (d) 图题3.4.5 图c:将D,和D,均断开，以0点为电位参考点，D,的阳极电位为0V, 阴极电位为-12V;D2的阳极电位为-15V,阴极电位为-12V,故D,导 通，D,截止，D,导通后使A点的电位为0V,VAo=0V。 图d:将D,和D2均断开，以0点为电位参考点，D,的阳极电位为12V, 阴极电位为0V;D2的阳极电位为12V,阴极电位为-6V,即D,和D2都为 正向偏置。但是D2一旦导通，D,的阳极电位将变为-6V,D,便不能再导 通。所以此电路D,截止，D2导通，VAo=-6V。 3.4.6试判断图题3.4.6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 10k2 V=140+10kn×15V=1y 2k2 5k2 =708+2kn×10v+2s+kn×15v=3.5V D被反偏而截止。 图b:将D断开，以“⊥”为参考点，有 10k2 V=140+10kn×15V=1v 2k2 5kn Va8+2kn×(-10V)+25+kn×15v=1.5V D被反偏而截止
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015V 25kQ140k0 20V 2k D 图题3.4.6 图c:将D断开，以“⊥”为参考点，有 "a98n15v=1V 5 kn 2k2 V,25+kn×15v-(18+2kn×20V=0.5V D被正偏而导通。 3.4.7二极管电路如图题3.4.7a所示，设输人电压，(t)波形如图b所 示，在0<t<5ms的时间间隔内，试绘出o(t)的波形，设二极管是理想的。 解：(t)<6V时，D截止，o(t)=6V;,(t)≥6V时，D导通， (t)-6V 0）=200+20)n×200n+6V=z()+3V ,(5)=10V时，o(5)=8V。o波形如图解3.4.7所示
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g.2 HV 20021 () vo(t) 10 6v (a) 0 vo(f/V t/ms (b) 图题3.4.7 图解3.4.7 3.4.8使用恒压降模型(V。=0.7V),重复题3.4.7。 解：图题3.4.7a电路的恒压降等效电路如图解3.4.8a所示。，(t)<6.7V 时，D截止；o(t)=6V;,(t)≥6.7V时，D导通， ()=)-6V-07V 2002+2002 2000+6V=21(④+2.65y ,(5)=10V时，o(5)=7.65V。o波形如图解3.4.8b所示。 0/W 6.7 D0.7V 0 m 20021 0 vo(t) 7.65 6V 0 (a) 6) 图解3.4.8 3.4.9电路如图题3.4.9所示，D,、D2为硅二极管，当，=6 sin wt(V) 6
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时，试用恒压降模型分析电路，绘出输出电压 o的波形。 解：图题3.4.9电路的恒压降等效电路如 图解3.4.9a所示。 ≥3.7V时，D导通，D2截止，o=3.7V；。 ,≤-3.7V时，D2导通，D截止，o=-3.7V; -3.7V
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R 1ko -1k0+0.02kn×50mV ≈49mV=0.049V (3)输出电压的总量为 ro=V。+n。=1.3+0.049sin(2m×50t)(V) 图解3.4.10 3.5特殊二极管 3.5.1电路如图题3.5.1所示，所有稳压管均为硅管，且稳定电压V2= 8V,设，=l5 sin wt(V),试绘出vo和o2的波形。 3k2 Dz Dz本vo1 002 D. (a) b) 图题3.5.1 解：对于图a电路，-0.7V<<Vz(=8V)时，D2截止，o1=,;,≥ Vz时，Dz反向击穿，o1=V2=8V；≤-0.7V时，Dz正向导通，o= -0.7V。o1的波形如图解3.5.1a所示。 对于图b电路，(-V2-0.7V),<(V2+0.7V)时，Dz和Da总有一个 是截止的，voa=,;,≥(V2+0.7V)时，Dz正向导通，Da反向击穿，oa=V2 /V 图解3.5.1
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+0.7V=8.7V;u,≤(-V2-0.7V)时，Dz反向击穿，Da正向导通，2= -V2-0.7V=-8.7V。则m的波形如图解3.5.1b所示。 3.5.2稳压电路如图题3.5.2所示。(1)试近似写出稳压管的耗散功率 P2的表达式，并说明输入V,和负载R在何种情况下，Pz达到最大值或最小 值；(2)写出负载吸收的功率表达式和限流电阻R消耗的功率表达式。 R 图题3.5.2 解：)稳压管耗散功率P=h=-发 当R,开路且V,为最大值时，Pz达到最大值 Pw=.-当 当1o最大，即12=12in时，P2最小。 (2)负载吸收的功率 P=l。2=R 限流电阻R上消耗的功率 P=(化-%)=g-2)2 R 3.5.3稳压电路如图题3.5.2所示。若V=10V,R=100Ω，稳压管的 V2=5V,I2m=5mA,Iza=50mA,问：(1)负载R,的变化范围是多少？ (2)稳压电路的最大输出功率Po是多少？(3)稳压管的最大耗散功率PN和限 流电阻R上的最大耗散功率PM是多少？ 解：(1)总电流 1=,=10V-5Y=0.05A=50mA R 100n 输出电流最大时，必须保证稳压管中至少有5mA电流流过，即 IR -loxmn)>Iz(min) 所以 lom)<I)=50 mA-5 mA=45 mA 9
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负载开路时，电流全部流经稳压管，且未超过稳压管最大电流。所以负载R, 的变化范围是 V 5 V Recw m0.111 k -11 (2) PoM Vzlom)=5 V x45 mA =225 mW (3)负载开路时，稳压管的耗散功率最大，即 P2M V2IR(mU)=5 V x 50 mA =250 mW PRM (Vi -Vz)Im)=(10 V-5 V)x50 mA =250 mW 3.54设计一稳压管并联式稳压电路，要求输出电压V。=4V,输出电 流1。=15mA,若输入直流电压V=6V,且有10%的波动。试选用稳压管型 号和合适的限流电阻值，并检验它们的功率定额。 解：根据输出电压V。=4V,选择2CW11可满足电压要求。该稳压管的 Iz(i)=10mA,所以限流电阻的最大值为 a≤g+6y-6yx10%-4y0056k0=56D 10 mA +15 mA 负载开路时，电流全部流经稳压管，稳压管的最大耗散功率为 Pu=y,lo=y,a。-业=4V×5V+6V10%-4y=0.186W R 562 R上的最大耗散功率为 PaV(ViV:Va-VVV) R R -(6V+6Vx10%-4y∑=0.121w 560 根据以上计算结果，选用2CW52(V2=3.2-4.5V,12=5mA,Pw= 0.25W),可满足要求。限流电阻R选用562、0.25W的电阻即可
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