电子技术基础模拟部分 第五版 第三章作业题解答 田汉平 湖南人文斛故学院通信与控制工程系
电子技术基础模拟部分 第五版 第三章作业题解答 田汉平 湖南人文科技学院通信与控制工程系
湖南人文科技学院田汉平 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=l5(e"-1),其 中n=1,Vr=26mV 解:将已知参数代入二极管指数模型讠=ls(e"r-1)得 0.5×10-3A=1×10°A( .026V Un≈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34:1所示,电源 2 sin ot(v),试分别使用二极管理想模型和恒压 L 降模型(VD=0.7V)分析,绘出负载RL两端的 RLIIUL 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,υ,>0时,D导通,v=n;"0.7V时,D导通 U 2 八 UI/V 3兀 4πat 3兀 4π 图解3.4.1
湖南人文科技学院 田汉平 2
湖南人文科技学院田汉平 U1=υ,-0.7V;υ,0时,D2、D4导通,1=D,;n,<0时,D1、D3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 和t=V=?(Vb=0.7V);(2)在室温(300K)情况下,利用二极管的小 信号模型求v的变化范围。 +VD0(10±1)V R1kQ △ IkQ D2 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l= D-2b(10-2×0.7)V R 86×10-3A=8.6mA 1×103g vo=2vb=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 V 26 mv In 8.6mA
湖南人文科技学院 田汉平 3
湖南人文科技学院田汉平 当 r时,则 2×3.029 △o=△DR+2r=±1V ≈±6mV (1000+2×3.02)9 Uo的变化范围为(Vo+△o)~(Vo-△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R1=1kΩ时,问输出 电压的变化范围是多少? 解:外接R廴后,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 2×0.7V lL A R lD=ln-1.(10-2x0.7)N1.4mA=7.2mA R Vo=2×0.7=1.4Ⅴ D7.2 2 ≈3.69 由图解3.4.4b求得 △vo=4n、2ra‖R1 ±7mⅤ R+2r‖!R1 Uo的变化范围为 (V+△υo)~(Vo-Δo),即1.407V~1.393V RIkA △vD R R (10±1)V 1 kQ 1k9 2×0.7V 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AO两端电压V。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,VAo=-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,VA0= 12V
湖南人文科技学院 田汉平 4
湖南人文科技学院田汉平 D 计 [3kQ 3 ks 6V 15V 12V 12V A +12V 12v (d) 图题3.4.5 图c:将D1和D2均断开,以0点为电位参考点,D1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D1导 通,D2截止,D1导通后使A点的电位为0V,VAo=0V 图d:将D1和D2均断开,以0点为电位参考点,D1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D1和D2都为 正向偏置。但是D2一旦导通,D1的阳极电位将变为-6V,D1便不能再导 通。所以此电路D,截止,D2导通,V=-6V。 34.6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 10k9 V=(140+10)k2×15V=1V 2 kn (18+2)k9 x10 V 5 kn (25+5)k92 15V=3.5V D被反偏而截止 图b:将D断开,以“”为参考点,有 10k9 (140+10)k×15V=1V 2 kn (-10V) 5 kn (18+2)kΩ (25+5)k2x15V=1.5V D被反偏而截止
湖南人文科技学院 田汉平 5
湖南人文科技学院田汉平 25k140ks 18 kQ 18ko25 kQ2 10V B 10V B 2k9 2kQ 5k910k 5k10k9 (a) 15V 18k 25k9140kg 0V 2kQ 图题3.4.6 图c:将D断开,以“⊥”为参考点,有 10k (140+10)kg 15V=1V 5 kn 2 ks 25+5)k2X15V 20=0.5V (18+2)k 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vo(t)的波形,设二极管是理想的。 解:v1(t)<6V时,D截止,vo(t)=6V;v1(t)≥6V时,D导通 (t)-6V (200+200) 2009+6V=。1(t)+3V (5)=10V时,v0(5)=8V。bo波形如图解3.4.7所示
湖南人文科技学院 田汉平 6
湖南人文科技学院田汉平 200g v() (a) (t/ vo(tv 图题3.4.7 图解3.4.7 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。v1(t)<6.7V 时,D截止;vo(t)=6V;v1(t)≥6.7V时,D导通, (1)=()-6v-0.7v ×2009+6V=v1(t)+2.65V 200Ω+200 (5)=10V时,v(5)=7.65V。o波形如图解3.4.8b所示。 10--- 200gD07V 15 200g U(t) 765- 图解3.4.8 3.4.9电路如图题3.4.9所示,D1、D2为硅二极管,当v;=6 sin t(V)
湖南人文科技学院 田汉平 7
湖南人文科技学院田汉平 时,试用恒压降模型分析电路,绘出输出电压 to的波形。 1 kQ 解:图题3.4.9电路的恒压降等效电路如 D 图解3.4.9a所示。 3 V 3V v1≥3.7V时,D1导通,D2截止,vo=3.7V; ≤-3.7V时,D2导通,D1截止,to=-3.7V 3.7V<"<3.7V时,D1和D2均截止,to= 图题3.4.9 U;。vo波形如图解3.4.9b所示。 3.4.10电路如图题3.4.10所示,D为硅二极管,V0=2V,R=1k0, n 3 1 KQ D D 0.7V0.7V 3 V 0 图解3.4.9 正弦信号,=50sin(2m×50t)(mV)。(1)静态(即v,=0)时,求二极管中的静 态电流和to的静态电压;(2)动态时,求二极 管中的交流电流振幅和υo的交流电压振幅; (3)求输出电压to的总量。 解:(1)静态时,二极管是导通的。利用 恒压降模型求得二极管静态电压电流为 V =0.7v lD=(VD-V)/R=(2V-0.7V)/1kΩ=1.3mA 输出电压的直流分量为 图题3.4.10 V=nR=1.3mA×1k=1.3V(或V=VD-Vb=2V-0.7V=1.3V) (2)二极管的小信号交流等效电路如图解3.4.10所示。二极管微变电 阻为 26 m V 1.3mA 20』=0.02k9 dm=Vn/(ra+R)=50mV/1.02k≈49μA
湖南人文科技学院 田汉平 8
湖南人文科技学院田汉平 R rd 1k9 x 50 mv lk9+0.02k 49mV=0.049V (3)输出电压的总量为 vo=V+n。=1.3+0.049sin(2m×50t)() 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Vz 8V,设v1=15 sin t(V),试绘出to1和o2的波形。 R 3kΩ 本 Pat U (a) 图题3.5.1 解:对于图a电路,-0.7V<v;<V2(=8V)时,Dz截止,to=v;v;≥ V2时,D2反向击穿,to1=Vz=8V;t,≤-0.7V时,Dz正向导通,"o 0.7V。vo的波形如图解3.5.1a所示 对于图b电路,(-Vz-0.7V)<v<(Vz+0.7V)时,Da1和D2总有一个 是截止的,v2=v,;t1≥(Vz+0.7V)时,Da2正向导通,Da反向击穿,to=Vz (a) (b) 图解3.5.1
湖南人文科技学院 田汉平 9
湖南人文科技学院田汉平 +0.7V=8.7V;v,≤(-Vz-0.7V)时,Da反向击穿,Da正向导通,to2= Vz2-0.7V=-8.7V。则to2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 Pz的表达式,并说明输入V1和负载R1在何种情况下,P2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。 图题3.5.2 解:(1)稳压管耗散功率P==k/k1-v2V2 R 当R1开路且V1为最大值时,Pz达到最大值 V1-V2 Pu=v. R 当l最大,即lz2=lzmn时,Pz最小 (2)负载吸收的功率 PL=loVI R 限流电阻R上消耗的功率 PR=IR(V-V,) (VI -V2) R 3.5.3稳压电路如图题3.5.2所示。若V1=10V,R=1009,稳压管的 V2=5V,Iz(min)= 问:(1)负载R1的变化范围是多少? (2)稳压电路的最大输出功率PoM是多少?(3)稳压管的最大耗散功率P2和限 流电阻R上的最大耗散功率PaM是多少? 解:(1)总电流 10V-5V 0.05A=50mA R 100 输出电流最大时,必须保证稳压管中至少有5mA电流流过,即 所以 lo(max)<IR-lzmin)=50 mA-5 mA=45 mA
湖南人文科技学院 田汉平 10