查丽斌模电答案习题2

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·101·

习 题 2

2.1 电路如图2.1所示，R?1kΩ，测得UD?5V，试问二极管VD是否良好（设外电路无虚焊）？

解：内部PN结或电极已开路，D已损坏。

2.2 电路如图2.2所示。已知直流电源的端电压U?5V，测得I?1mA，若将直流电源的电压U提高到10V，试问这时的I是等于、大于还是小于2mA？

图2.1 习题2.1电路图 图2.2 习题2.2电路图

解：由于二极管是非线性元件，当U增大时，I将大于2mA

2.3 分析判断图2.3所示各电路中二极管是导通还是截止，并计算电压Uab，设图中的二极管都是理想的。

图2.3 习题2.3电路图

解：（a）断开VD，UD=5+5=10V>0，VD导通 ，Uab??5V；

·102· 第4章 半导体二极管及其基本电路

（b）断开VD，UD?1?22?5??1V ，VD截止 Uab??5?2V； 2?32?3（c）断开VD1 VD2，UD1?12V,UD2??5?12?7V，所以VD优先导通，

UD1??5V，VD2截止，Uab=0V；

(d) ）断开VD1 VD2，UD1?12V,UD2?12?5?17V所以 VD2优先导通，

UD1??5V VD1截止，Uab??5V

2.4 一个无标记的二极管，分别用a和b表示其两只引脚，利用模拟万用表测量其电阻。

当红表笔接a，黑表笔接b时，测得电阻值为500?。当红表笔接b，黑表笔接a时，测得电阻值为100k?。问哪一端是二极管阳极?

解：b端是阳极

2.5 用指针式万用表的不同量程测同一只二极管的正向电阻值，其测试结果不一样，为什么？

解：因为二极管的正向特性是非线性的，外加不同电压，直流电阻不同，万用表量程不同，加在二极管上的电压不同。

2.6 二极管电路如图2.4(a)所示，设输入电压ui(t)波形如图2.4(b)所示，在0?t?5ms的时间间隔内，试绘出输出电压uo(t)的波形，设二极管是理想的。

图2.4 习题2.6电路图

解：ui(t)?2t，断开VD，

uD?ui?6，当uD?0时，VD导通，即t?3s，uo?ui?6?0.2?6?3?t

0.2?0.2当uD?0时，VD截止，即t?3s，uo?6V

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·103·

uo(t)/V86012345t/ms

2.7 电路如图2.5所示，二极管导通电压UD(on)约为0.7V，试分别估算开关断开和闭合时输出电压UO的数值。

VDV15VSV212VR+RUo-

图2.5 习题2.7电路图

解：S断开：断开VD，UD?5V。所以VD导通，Uo?5?0.7?4.3V

S闭合：断开VD，UD?5?12??7V，所以VD截止，Uo?6V

2.8 在图2.6所示的电路中，设二极管为理想的，已知ui?30sin?t(V)，试分别画出输出电压uo的波形，并标出幅值。

+VD++R+ui_Ruo_ui_VDuo_(a)(b)+RVD++R+VDui_Ruo_ui_Ruo_(c)(d)

图2.6 习题2.8电路图

·104· 第4章 半导体二极管及其基本电路

解：(a) 正半波，VD导通，uo=ui，负半波，VD截止，uo=0

(b) 正半波，VD导通，uo=0，负半波，VD截止，uo=ui (c) 正半波，VD导通，uo=0，负半波，VD截止，uo=0.5ui (d) 正半波，VD截止，uo=0.5ui，负半波，VD导通，uo=0

2.9 在图2.7所示电路中，输入电压ui?10sin?t(V)，设二极管的导通电压UD(on)0.7V，试画出输出电压uo的波形。

+VD++VD+ui_R3Vuo_ui_R3Vuo_(a)(b)+R+VD+R+VDui_uo3V_ui_uo3V_(c)(d)

图2.7 习题2.9电路图

解：（a）断开VD，uD?ui?3???0,VD导通，即ui?3V,uo?ui??0,VD截止，即ui?3V,uo?3V

??0,VD导通，即ui?3V,uo?ui(b) 断开VD，uD?3?ui?

?0,VD截止，即u?3V,u?3Vio?

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·105·

(c) 断开VD，uD?ui?3???0,VD导通，即ui?3V,uo?3V??0,VD截止，即ui?3V,uo?ui图同（b）

(d) 断开VD，uD?3?ui?

103o??0,VD导通，即ui?3V,uo?3V??0,VD截止，即ui?3V,uo?ui图同（a）

ui/V??23??tuo/V103o??2(a) 3??t

2.10 图2.8所示电路中，设二极管为理想的，ui?6sin?t(V)，试画出输出电压uo的波形以及电压传输特性。

图2.8 习题2.10电路图

解：断开VD1 VD2，uD1?4?ui,uD2?ui?3

所以ui?3V时，uD1?0，uD2?0 VD1截止，VD2导通，uo?3V

?4V?ui?3V时，uD1?0，uD2?0 VD1 、VD2均截止，uo?ui ui??4V时，uD1?0，uD2?0 VD1导通，VD2截止，uo??4V

·106· 第4章 半导体二极管及其基本电路

63o-4ui/V?uo/V?23??t3o-4??23??t

2.11 图2.9所示电路中，设二极管是理想的，求图中标记的电压和电流值。

+5V+1VVD1R1KΩ+3VVD2IVOIVO+1VR+3VVD11KΩ-5V(a)VD2(b)

图2.9 习题2.11电路图

解：(a) 高电平选择电路，VD1截止，VD2导通，

VO?3V，I?VO?(?5)3?(?5)??8mA R15?VO5?1??4mA R1 (b) 低电平选择电路，VD1导通，VD2截止，

VO?1V，I?2.12 电路如图2.10所示，输入电压ui?10sin?t(mV)，设二极管的正向导通电压为0.7V，电容C1和C2的容量足够大，对信号可视为短路。

（1）画出直流等效电路和交流等效电路；

（2）求输出电压uo。

第4章 半导体二极管及其基本电路

C1+·107·

R125ΩVD5.1kΩC2+ui_R2uo_10V

图2.10 习题2.12电路图

解：（1）

R1IDVD5.1kΩ+25Ω+5.1kΩR2ui_rdR2'uo10V_

(a)直流等效电路 (b)交流等效电路

（2）由直流等效电路可得I?二极管交流等效电阻rd=由交流等效电路得

'uo?

10?0.7?1.82mA 5.1UT26mV??14.3(?) ID1.82mAui10sin?t?rd//R2??14.3//5100?3.63sin?t(mV)

R1?rd//R225?14.3//5100'由于C2的隔直作用，uo?uo?3.63sin?t(mV)

2.13 在图2.11所示电路中，已知输出电压平均值Uo(AV)?9V，负载RL?100?。（1）输入电压的有效值为多少？（2）设电网电压波动范围为?10%。选择二极管时，其最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR的下限值约为多少？

·108· 第4章 半导体二极管及其基本电路

图2.11 习题2.13电路图

解：半波整流，

UI?UO(AV)0.45?20(V)，IO(AV)?UO(AV)?90(mA)

RLID?Io(AV)?90(mA)，IF?1.1ID?99(mA) UR?1.1?2UI?31.1(V)

2.14 在图2.12所示的电路中，电源ui?100sin?t(V)，RL?1k?，二极管为是理想二极管。求：（1）RL两端的电压平均值；（2）流过RL的电流平均值；（3）选择二极管时，其最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR为多少？

图2.12 习题2.14电路图

解：全波整流，

UO(AV)?0.9Ui?0.9?1002?63.6(V)，IO(AV)?UO(AV)?63.6(mA)

RL1IF?ID(AV)?IO(AV)?31.82(mA)

2UR?2UI?100(V)

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·109·

2.15 全波整流电路如图2.13所示，u21??u22?2U2sin?t，变压器和二极管均为理想元器件。（1）画出输出电流io、输出电压uo和二极管电压uD的波形；（2）设U2为已知，求直流分量Uo(AV)、Io(AV)和二极管的平均电流ID(AV)、承受的反向电压峰值UD(RM)。

图2.13 习题2.15电路图

解：UO(AV)?0.9U2，IO(AV)?0.9?U2

RLU1ID(AV)?IO(AV)?0.452

2RLUR?22U2

ui2U2o?2?3?4??tuo2U2o??VD1导通ioo?22?VD2导通3?4??tuD2U2o3?VD1导通??t4VD2导通?2?3?4??t

2.16 在桥式整流电容滤波电路中，已知RL?120?，Uo(AV)?30V，交流电源频率

f?50Hz。选择整流二极管，并确定滤波电容的容量和耐压值。

解：UI?UO(AV)1.2?25(V)，UD(RM)?1.12UI?38.9(V)

·110· 第4章 半导体二极管及其基本电路

130IF?1.1?ID(AV)?1.1??ID(AV)?1.1??13.75(mA)

22?120

0.040.04T1C???333.3μF RLC?4??2??0.04s ，

RL1202502.17 已知稳压管的稳压值UZ?6V，稳定电流的最小值IZmin?4mA。求图2.14所示电路中UO1和UO2。

R?10V?500???10V?R2k??DZRLUo12k??DZRLU2k?o2?

(a)图2.14 习题2.17电路图

(b)解：（a）断开Dz，UDZ?RL?10?8(V)?UZ R?RL假设DZ稳压，IZ?10?UZUZ??8?3?5(mA)?IZmin，所以DZ处于稳压状态，UO1?6(V) RRL（b））断开Dz，UDZ?RL?10?5(V)?UZ R?RL所以DZ处于截止状态，UO2?5(V)

2.18 图2.15中各电路的稳压管VDZ1和VDZ2的稳定电压值分别为8V和12V，稳压管正向导通电压为0.7V，最小稳定电流是5mA。试判断VDZ1和VDZ2的工作状态并求各个电路的输出电压Uab。

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·111·

图2.15 习题2.18电路图

解：（a）假设VDz1处于反向击穿状态，VDz2正向导通，IZ?40?8.7?15.65(mA)?5(mA) 2所以VDz1处于稳压状态，VDz2处于正向导通状态Uab?8.7(V) （b））假设VDz1处于反向击穿状态，VDz2处于反向截止IZ?40?8?16(mA)?5(mA) 2所以VDz1处于稳压状态，VDz2处于反向截止状态Uab?8(V)

2.19 在图2.16中，ui?16sin?t(V)，所有稳压管均为特性相同的硅稳压管，且稳定电压UZ=8V。试画出uo1和uo2的波形。

图2.16 习题2.19电路图

8V）?ui?8V, VDZ反向击穿,处于稳压状态，uo1?（?解：（a）断开VDZ，uDz?ui?-0.7V?ui?8V,VDZ反向截止，uo1=ui

?u??0.7V,VD正向导通，u?-0.7（V）Zo1?i

·112· 第4章 半导体二极管及其基本电路

168o-0.7-16uo1/V8o-0.7ui/V??23??t??2(a) 3??t

（b）ui?8.7V时，， VDZ1导通，VDZ2稳压，uo2?8.7V

?8.7V?ui?8.7V时， VDZ1 、VDZ2均截止，uo2?ui ui??8.7V时，， VDZ1截止，VDZ2导通，uo??8.7V

ui/V168.7o-8.7-16uo2/V8.7o-8.7??23??t??2(b) 3??t

2.20 已知稳压管稳压电路如图2.17所示，稳压二极管的特性为：稳压电压Uz?6.8V，

Izmax?10mA,Izmin?0.2mA，直流输入电压UI?10V，其不稳定量?UI??1V，IL=0～

4mA。试求：

（1）直流输出电压U0；

（2）为保证稳压管安全工作，限流电阻R的最小值；

（3）为保证稳压管稳定工作，限流电阻R的最大值。

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·113·

图2.17 习题2.20电路图

解：（1）直流输出电压U0等于稳压管的稳压电压，即UO?Uz?6.8V。

（2）Rmin

当UI最大，RL开路时，通过R的电流，即通过稳压管的电流为最大。因此，为保证稳压管安全工作，Iz?Izmax，由此可求得限流电阻的最小值为

Rmin?（3）Rmax

UImax?Uz11V?6.8V??0.42k?

Izmax?ILmin10mA当UI最小，RL最小时，流入稳压管的电流为最小；为保证稳压管稳定工作，要求

Iz?Izmin。由可此得：

Rmax?UImin?UZ9V?6.8V??0.52k?

(ILmax?Izmin)4mA?0.2mA综合以上分析，可选取限流电阻R=510Ω。

2.21 在下面几种情况下，可选用什么型号的三端集成稳压器？ （1）Uo= + 12V，RL最小值为15Ω；

（2）Uo= + 6V，最大负载电流ILmax = 300mA; （3）Uo=－15V，输出电流范围Io为10~80mA。 解：（1）Io?12?800(mA)，所以选7812 15（2）选78M06 （3）选78L15

2.22 电路如图2.18所示，三端集成稳压器静态电流IW= 6mA, Rw为电位器，为了得到10V的输出电压，试问应将R'W调到多大？

·114· 第4章 半导体二极管及其基本电路

1+C1UiCW78052R1300?+3IW0.1μFC2RWR'WUO0.33μF1K?--

图2.18 习题2.22电路图

解：Uo?U23?('所以 RW?220(?)

U235'?IW)?RW?5?(+6)?R'W=10V R10.32.23 利用W7805获得输出电压可调的稳压电源如图2.19所示，试求输出电压Uo的表达式，并计算它的可调范围。

+1W780523R1R22.5k?R3500?+2.5k?30V?UI?+-Rp'Rp1.5k?R4CUOA+-2.5k?-

图2.19 习题2.23电路图

'R4?Rp解：U??得：UO?R3?Rp?R4?Uo，U??Uo?R1?U23

R1?R2R3?RP?R4R1?U23， ''R1?R2R3?RPR3?RP?R4R1?U23?22.5(V)

R3R1?R2R3?RP?R4R1?U23?5.625(V)

R3?RPR1?R2所以 UOmax?UOmin?2.24 电路如图2.20所示：（1）求电路负载电流IO的表达式；（2）设输入电压UI?24V，

IW， R?50?。W7805输入端和输出端间的电压最小值为3V，IO求出电路负载电阻RL的最大值。

第4章 半导体二极管及其基本电路 ·115·

1+W78052RIoC2RLC1UI-3Iw

图2.20 习题2.24电路图

解：IO?U23U?IW，UO?IORL?23?RL?(24?3)?U23?16(V) RR所以RL?160(?)

2.25 已知三端可调式集成稳压器W117的基准电压UREF=1.25V，调整端电流IW=50? A，用它组成的稳压电路如图2.21所示。（1）若I1?100IW，忽略IW对Uo的影响，要得到5V的

输出电压，则R1和R2应选取多大；（2）若R2改为0～2.5kΩ的可变电阻，求输出电压Uo的可调范围。

3+0.1uFLM1172+IW1-UREFR2I1R11uF+Ui-Uo-

图2.21 习题2.25电路图

解：（1）UO?I1?(R1?R2)?5，UREF?I1?R1，

所以：R1?250(?),R2?750(?) （2）R2?02.5(KΩ)，UO?1.25?I1?R2?1.25?5?R2，

所以：UO?1.2513.75(V)

2.26可调恒流源电路如图2.22所示，（1）当U21=UREF=1.2V，R从0.8~120Ω变化时，恒流电流IO的变化范围如何？（2）当RL用充电电池代替，若50mA恒流充电，充电电压VO=1.5V，求电阻RL。

·116· 第4章 半导体二极管及其基本电路

VI12V32R120ΩLM3171VoIW?0IoRL

图2.22 习题2.26电路图

解：（1）IO?（2）RL?U211.2??1.5A10mA RRVO1.5V??30? IO50mA

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