查丽斌模拟电子技术答案习题.pdf

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，1kR ，测得 D 5VU，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5VU ，测得1mAI ，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 ab U，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=10V0，VD 导通 ， ab 5VU ； 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 102 （b）断开 VD， D 2 151V 23 U ，VD 截止 ab 2 52V 23 U ； （c）断开 VD1 VD2， D1D2 12V,5 127VUU ，所以 VD 优先导通， D1 5VU ，VD2截止，Uab=0V； (d) ）断开 VD1 VD2， D1D2 12V,12517VUU所以 VD2优先导通， D1 5VU VD1截止， ab 5VU 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 i( ) u t波形如图 2.4(b)所示， 在05mst 的 时间间隔内，试绘出输出电压 o( ) u t的波形，设二极管是理想的。 图 2.4 习题 2.6 电路图 解： i( ) 2tu t ，断开 VD， D 6 i uu，当 D 0u 时，VD 导通，即3st ， 6 0.263 0.20.2 i o u ut 当 D 0u 时，VD 截止，即3st ，6V o u 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 103 ( ) o u t 8 0 5 /V t/ms 6 3 1 24 2.7 电路如图 2.5 所示，二极管导通电压 D(on) U约为 0.7V，试分别估算开关断开和闭合 时输出电压 O U的数值。 + - S V2 V1 12V 5V R Uo VD R 图 2.5 习题 2.7 电路图 解：S断开：断开 VD， D 5VU。所以 VD 导通， o 50.74.3VU S闭合：断开 VD， D 5 127VU ，所以 VD 截止， o 6VU 2.8 在图 2.6 所示的电路中，设二极管为理想的，已知 i 30sin(V)ut，试分别画出输 出电压 o u的波形，并标出幅值。 + _ VD (a) + _ + _ (b) VD i u i u o u o u R R _ + _ VD (c) + _ + _ (d) VD i u i u o u o u R R _ R R 图 2.6 习题 2.8 电路图 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 104 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 i 10sin(V)ut，设二极管的导通电压 D(on) U0.7V， 试画出输出电压 o u的波形。 + _ + _ VD (a) 3V i u o u R + _ + _ VD (b) 3V i u o u R + _ + _ VD (c) 3V i u o u R + _ + _ VD (d) 3V i u o u R 图 2.7 习题 2.9 电路图 解： （a）断开 VD， D 3 i uu o o 0,VD3V, 0,VD3V,3V ii i uuu uu 导通，即 截止，即 (b) 断开 VD， D 3 i uu o o 0,VD3V, 0,VD3V,3V ii i uuu uu 导通，即 截止，即 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 105 (c) 断开 VD， D 3 i uu o o 0,VD3V,3V 0,VD3V, i ii uu uuu 导通，即 截止，即 图同（b） (d) 断开 VD， D 3 i uu o o 0,VD3V,3V 0,VD3V, i ii uu uuu 导通，即 截止，即 图同（a） o t 23 o 2 3t 10 3 (a) o/V u i/V u 3 10 2.10 图 2.8 所示电路中，设二极管为理想的， i 6sin(V)ut，试画出输出电压 o u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， D1D2 4,3 ii uu uu 所以3V i u 时， D1 0u， D2 0u VD1截止，VD2导通， o 3Vu 4V3V i u时， D1 0u， D2 0u VD1 、VD2均截止， oi uu 4V i u 时， D1 0u， D2 0u VD1导通，VD2截止， o 4Vu 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 106 o t 23 o 2 3t 6 3 3 i/V u -4 -4 o/V u 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。 VD1 VD2 R (a) +1V +3V I 1K VO -5V VD1 VD2 R +1V +3V I 1K VO +5V (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， O 3VV ， O ( 5)3( 5) 8mA 1 V I R (b) 低电平选择电路，VD1导通，VD2截止， O 1VV ， O 55 1 4mA 1 V I R 2.12 电路如图 2.10 所示，输入电压 i 10sin(mV)ut，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 o u。 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 107 + _ + _ 5.1k VD 10V i u o u 2 R C1 25 1 RC2 图 2.10 习题 2.12 电路图 解： （1） 5.1k VD 10V 2 R ID + _ + _ 5.1k rd i u o u 2 R 25 1 R (a)直流等效电路 (b)交流等效电路 （2）由直流等效电路可得 100.7 1.82mA 5.1 I 二极管交流等效电阻 T d D 26mV =14.3( ) 1.82mA U r I 由交流等效电路得 i d2 1d2 10sin /14.3/51003.63sin(mV) /25 14.3/5100 o ut urRt RrR 由于 C2的隔直作用， oo 3.63sin(mV)uut 2.13 在图 2.11 所示电路中，已知输出电压平均值 o(AV) 9VU，负载100 L R 。 （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？ 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 108 图 2.11 习题 2.13 电路图 解：半波整流， O(AV) I 20(V) 0.45 U U ， O(AV) O(AV) L 90(mA) U I R Do(AV) 90(mA)II ， FD 1.199(mA)II RI 1.1231.1(V)UU 2.14 在图 2.12 所示的电路中，电源 i 100sin(V)ut，1k L R ，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， O(AV)i 100 0.90.963.6(V) 2 UU ， O(AV) O(AV) L 63.6(mA) U I R FD(AV)O(AV) 1 31.82(mA) 2 III RI 2100(V)UU 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， 21222 2sinuuUt ，变压器和二极管均为理想 元器件。 （1）画出输出电流 o i 、输出电压 o u和二极管电压 D u的波形； （2）设 2 U为已知，求 直流分量 o(AV) U 、 o(AV) I 和二极管的平均电流 D(AV) I 、承受的反向电压峰值 D(RM) U 。 图 2.13 习题 2.15 电路图 解： O(AV)2 0.9UU ， 2 O(AV) L 0.9 U I R 2 D(AV)O(AV) L 1 0.45 2 U II R R2 2 2UU o t 23 o u i u o o i o D u o t t t 2 2U 2 2U 2 2U 2 2 2 3 3 3 4 4 4 4 VD1导通VD1导通VD2导通VD2导通 2.16 在桥式整流电容滤波电路中，已知120 L R ， o(AV) 30VU，交流电源频率 50Hzf 。选择整流二极管，并确定滤波电容的容量和耐压值。 解： O(AV) I 25(V) 1.2 U U ， D(RM)I 1.1 238.9(V)UU 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 110 FD(AV)D(AV) 130 137.5(mA) 22 120 III L 1 420.04 250 T R Cs ， 0.040.04 333.3F 120 L C R 2.17 已知稳压管的稳压值 Z 6VU ，稳定电流的最小值 min 4mA Z I。求图 2.14 所示 电路中 O1 U和 O2 U。 R 500 Z D V10 o1 U R V10 o2 U )(a)(b 2k 2k 2k Z D L R L R 图 2.14 习题 2.17 电路图 解： （a）断开 Dz， L DZZ L 108(V) R UU RR 假设 DZ稳压，ZZmin 10 8 35(mA) ZZ L UU II RR ，所以 DZ处于稳压状态， O1 6(V)U （b） ）断开 Dz， L DZZ L 105(V) R UU RR 所以 DZ处于截止状态， O2 5(V)U 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 ab U。 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， Z 40 8.7 15.65(mA)5(mA) 2 I 所以 VDz1处于稳压状态，VDz2处于正向导通状态 ab 8.7(V)U （b） ）假设 VDz1处于反向击穿状态，VDz2处于反向截止 Z 40 8 16(mA)5(mA) 2 I 所以 VDz1处于稳压状态，VDz2处于反向截止状态 ab 8(V)U 2.19 在图 2.16 中， i 16sin(V)ut，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 o1 u和 o2 u的波形。 图 2.16 习题 2.19 电路图 解： （a）断开 VDZ， Dzi uu Zo1 Zo1 Zo1 8V, VD,8 V -0.7V8V,VD= 0.7V,VD-0.7V i ii i uu uuu uu 反向击穿 处于稳压状态，（ ） 反向截止， 正向导通，（ ） 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 112 o t 23 o 2 3t 16 8 (a) o1/V u i/V u -16 -0.7 8 -0.7 （b）8.7V i u 时， VDZ1导通，VDZ2稳压， o2 8.7Vu 8.7V8.7V i u时， VDZ1 、VDZ2均截止， o2i uu 8.7V i u 时， VDZ1截止，VDZ2导通， o 8.7Vu o t 23 o 2 3t 16 8.7 (b) o2/V u i/V u -16 -8.7 8.7 -8.7 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 z 6.8UV， maxmin 10mA,0.2mA zz II，直流输入电压 I 10VU ，其不稳定量 I 1VU ，IL=0 4mA。试求： （1）直流输出电压 0 U； （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 0 U等于稳压管的稳压电压，即 Oz 6.8VUU。 （2） min R 当 I U最大， L R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， maxzz II ，由此可求得限流电阻的最小值为 Im min maxmin 11V6.8V 0.42k 10mA axz zL UU R II （3） max R 当 I U最小， L R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 minzz II 。由可此得： Im max maxmin 9V6.8V 0.52k ()4mA0.2mA inZ Lz UU R II 综合以上分析，可选取限流电阻 R=510。 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 15； （2）Uo= + 6V，最大负载电流 ILmax = 300mA; （3）Uo=15V，输出电流范围 Io为 1080mA。 解： （1） 12 800(mA) 15 o I ，所以选 7812 （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 RW调到多大？ 第 4 章 半导体二极管及其基本电路 114 C1IW RW C2 UO 0.33F CW7805 Ui R1 RW 300 1K 12 3 0.1F + - + - 图 2.18 习题 2.22 电路图 解： 23 o23WWW 1 5 ()5(+6)R=10V 0.3 U UUIR R 所以 W 220( )R 2.23 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 o U 的表 达式，并计算它的可调范围。 R3 Rp R4 + - C UO 500 1.5k 2.5k - + A 7805W + - UI 30V R1 R2 2.5k 2.5k 12 3 + p R 图 2.19 习题 2.23 电路图 解： 4p 3p4 o RR UU RRR ， 1 o23 12 R UUU RR 得： 3P41 O23 123P RRRR UU RRRR ， 所以 3P41 Omax23 312 22.5(V) RRRR UU RRR 3P41 Omin23 3P12 5.625(V) RRRR UU RRRR 2.24 电路如图 2.20 所示：（1） 求电路负载电流 O I的表达式；（2） 设输入电压 I 24VU ， W7805 输入端和输出端间的电压最小值为 3V， O I W I， 50R 。 求出电路负载电阻 L R 的最大值。 第 4 章 半导体二极管及