《模拟电子技术》(第3版)课件与教案第1章

1、2.2 KG+ 12 VVa(任士2.21.8 2.20.7)第1章半导体二极管及其应用试确定图(a)、(b)所示电路中二极管 D是处于正偏还是反偏状态，并计算A、B、C、D各点的电位。设二极管的正向导通压降VD(on)=。+ 12 V(b)解：如图E1.1所示，断开二极管，利用电位计算的方法，计算二极管开始工作前的外加 电压，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有Vd/ = (12 0) V=12V0.7V, Di 正偏导通,Vb= VaVD(on) V = 6. 215VVd2, = ( 0 12) V= 12VV0.7V, D2反偏截止，有Vc=12V, Vd = 0V二极管电路如图所示，

2、设二极管的正向导通压降VD(on)=，试确定各电路中二极管D的工作状态，并计算电路的输出电压Vo。图 E1.2解：如图E1.2所示，将电路中连接的二极管开路，计算二极管的端电压，有Vd= 9 ( 12) V = 3V0.7V, D1 正偏导通VO1Vd2，= 3 ( 9) V= 1.5V0.7V, D2正偏导通2VO2Vd3/ =9V0.7V, VD4/ = 9 ( 6) V = 15V0.7V, Vd4z Vd3z, D4首先导通。D4 导通后，Vd3= (0.76) V = - 5.3V0时，Di正偏导通，VO1 = Vi。(b)当ViV0时，D2反偏截止，VO2=Vi；当vi0时，D2正

3、偏导通，VO2=0。(c)当ViV0时，D3正偏导通，VO3=Vi；当vi0时，D3反偏截止，VO3 = 0。由此，可画出输入信号Vi与输出信号VO1、VO2、VO3的波形，如图 E所示。二极管电路如图(a)所示，输入信号Vi (t)的波形如图(b)所示。(1)设二极管是理想的，试画出Vo (t)的波形。(2)设二极管用恒压降模型等效(VD(on)=),试画出VO (t)的波形。(3)设二极管用折线模型等效(VD(on) =, rD=20 )，试画出VO (t)的波形。解：如图E1.4 (a)所示电路，二极管 D的工作状态取决于电路中直流电源与交流信号VD / = Vi (t) 6 V。Vi

4、(t)的幅值关系。断开电路中连接的二极管，其端口外加电压为,(1)由二极管的理想模型，有 VO (t)的波形，如图 E (b)所示，其中,当Vi (t) V 6V时，二极管反偏截止，vo (t) = 6V;当vi (t) 6V时，二极管正偏导通， TOC o 1-5 h z Vi(t) 6Vi(t)Vo(t) -6V -3V22当 Vi (t) = 10V 时，vo (t) = 8V。由二极管的恒压降模型，有Vo (t)的波形，如图E (c)所示，其中,当 Vi (t) v 6.7V 时，二极管截止，vo (t) =6V;当Vi (t) 6.7V时，二极管导通，M(t) 6.7Vi(t)Vo(

5、t) - 6V -2.65V22当 Vi (t) = 10V 时，vo (t) = 7.65V。(3)由二极管的折线模型，有vo (t)的波形，如图E (d)所示，其中，当 Vi (t) V 6.7V 时，二极管截止，vo (t) = 6V;当Vi (t) 6.7V时，二极管导通，Vi(t) 6.710Vo(t) ;200 6V -Vi(t) 2.81V200 20 20021当 Vi (t) = 10V 时，VO (t)=。二极管电路如图E1.5所示，取二极管正向导通压降VD(on) =, v =10/2sin t mV, C对交流的容抗近似为零，试求二极管D两端的交流电压 Vd和流过二极管

6、的交流电流id。10叩25 k叩 it-o图 E1.4.1Vi (t)与 vo (t)的波形图 E1.5Id = Iq =5 0.72.5解：如图E1.5所示，分别用二极管的恒压降模型和交流微变小信号模型做等效变换，可 将非线性的二极管视为线性参件，由叠加定理，有26mV2615.1%(mA) 1.72102500I dm mA 0.40mA10 2500/15.1 2500 15.1id 0.40 2sin t mAvd id rd 0.40 15.1y2sin t mV 6/2sin t mV二极管电路如图E1.6所示，设二极管的正向导通压降VD(on)=,二极管的最大功耗PDM为10mW

7、,要求电路在电源电压为5VWVDDW10V的范围内变化时，二极管均正向导通，且流过二极管电流的最小值ID(min)= 2mA。试确定电阻R1和R2的取值。(提示：PDM =I D(max) VD(on)图 E1.6解：如图E1.7所示，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有5 0.7I D(min) ( - R10.7)mA=2mAI (ZD(max)R10.7、A 10 A)mA=mA R20.7解得R-407 , R2=82二极管半波整流电路如图E1.7所示。变压器Tr、熔断器FU、负载电阻Rl,设计取值合理。试定性地分析，当二极管D: (1)开路；(2)短路；(3)接反时，电路的工作情况。

8、图 E1.7分析、解答：如图E1.7所示，(1)当二极管D开路时，输出电压为零；(2)当二极管D正常工作时，Vo V2；当二极管D短路时，输出电压为 V2,负载电流约 增加一倍多，熔断器熔断，输出电压为零；(3)当二极管D反接时，电路可以工作，但输出电压极性相反。在图E1.8所示的单相桥式整流电路中，若V2= 400V , Rl=500 ，试求：（1）输出电压平均值，输出电流平均值，流经每个二极管的平均电流和每个二极管所承 受的最大反向电压；（2）若二极管Di电极引线与电路连接处焊接不良，形成接触电阻Ri=100 ，如图E所示，则输出电流的平均值为多少？解答：如图E1.8所示单相桥式整流电路，

9、有(1) Vo(av)= V2=9X 400V=360VIo(av)= Vo(av)/Rl= ( 360/500) A =1.Id-10(AV)0.72A0.36A；2Vdrm = V2 V2= J2 X 400V 565.7 V（2）如图E所示，有I O(AV)0.45V20.45V2R R0.45 400(5000.45 400)A500 1000.66A在图E1.9所示的单相桥式整流电路中若有一个二极管被断路、短路、反接，电路会出现什么情况?(a)(b)图E1.9单相桥式整流电路（a）原理电路（b）简化电路解答：在图E1.9所示单相桥式整流电路中：V2；若电路中有一个二极管 （例如D。被

10、短路，在电路工作的另一半时间（例如负半周）内,二极管（D2）及（或）变压器的二次绕组（变压器）会被短路、烧毁；若电路中一个二极管（例如 D。被反接，在电路工作的一半时间（负半周）内，变压器二次绕组经对应的二极管（D1、D2）被短路，变压器的二次绕组及（或）对应的二极管（ D1、D2）会因电流过大而被烧毁。有一电阻性负载 Rl,需直流电压24V,直流电流1A,若用单相桥式整流电路供电，求 出电源变压器副边电压的有效值，并选择整流二极管。解答：工程上一般取:V2 = Vo / =24V/ =26.7V;11Id -Io - 1A 0.5A； 22Vdrm = ( 35) T/2若电源频率为50Hz

11、,输出电压周期 T = 0.02s,则RlC ) sT0.01( s).O (3-5)7R-(3 5) R()F ，2 IRLIRL I电容耐压2V2图E1.11单相桥式整流、电容电路1.12由理想二极管组成的电路如图E1.12所示，设vi=10sin tV,试画出输出信号 vo的波形。Vi的幅值解：如图E1.12所示，二极管D的工作状态取决于电路中直流电源与交流信号 关系。由二极管的理想模型可知当MV 5V时，二极管反偏截止，当M5V时，二极管正偏导通，vo= 5VVO= vi由此，可画出输出信号 Vo的波形,3在图3所示的二极管限幅电路中，已知输入信号为W=10sin t V,二极管的正向

12、导通压降VD（on）=，试画出输出信号 VO的波形。解：3所示，当Vi大于上限幅值（4+0.7） V时，vo=4.7V;当vi小于下限幅值一（2 + 0.7）V 时，v0= 2.7V。由此，可画出输出信号vo的波形，如图E3.1所示。4稳压管稳压电路如图 4所示，电路设计合理，其中 Dzi的稳定电压为6V, DZ2的稳定 电压为10V,它们的正向导通压降为，试求各电路的输出电压值。图 E1.14图E1.15图E5.1vi的和vo的波形解：如图所示稳压管稳压电路，由稳压管的参数，有voi= ( 6+ 10) V= 16V;vo2= (6+0.7) V = 6.7V;(C)vo35二极管电路如图5

13、所示，电路设计合理，设 M=10sin t V,稳压管Dz的稳定电压为8V,正向导通压降为， R为限流、调整电阻，试近似地画出vo的波形。vo的波形,解：5所示的二极管电路，由输入信号和稳压二极管的参数可画出输出信号Vf=,工作电流6发光二极管驱动电路如图 6所示，已知发光二极管的正向导通压降lF5mA即可发光，最大工作电流lFM = 20mA。为使发光二极管正常工作，试确定限流电阻R的取值范围。图 E1.16解：6所示电路，依电路设计要求，有RminVCCVFI Fmax5 1.6,k20RmaxVcc VfCC FI Fmin5 1.6 k5170680R的取值范围为 170680 口。若

14、考虑D长期工彳取IF= 1 Ifm = 10mA 则23.4R -Ki340 ,取E24系列标称值330QoVD(on)7二极管电路如图所示，取二极管Di、D2为理想的恒压降模型，其正向导通压降=，试用Multisim仿真软件求取其输出电压Vo的大小。解：7所示电路，在电路实验窗口中搭建实验电路。为使二极管的正向导通压降VD(on)=0.7V,二极管选用了虚拟器件的二极管DIODE_VIRTUAL 。启动仿真按钮后，测量仪表显示Vo=-。结果与理论计算一致。图 E1.178二极管限幅电路如图8所示，取二极管Di、D2为理想的恒压降模型。其正向导通压降VD(on)=,设vi= 10JWsin10

15、00 t V,试用Multisim仿真软件求取其对应的输出电压的vo的对应波形和上、下幅值。3.687V。解： 8 所示，搭建实验电路进行仿真。测得，上限幅值为 3.687V ，下限幅值为结果与理论计算基本相符。二极管电路如图(a)所示，二极管 D的伏安特性曲线如图(b)所示，试用图解法求取Id、Vd。解：如图E1.5所示，二极管D的直流负载线与纵轴和横轴的交点分别为VddRr2mA 4mA，VDD = 2V 0.5由此，作直流负载线，如图E所示。由直流负载线与二极管 D的伏安特性曲线的交点 (直 流工作点)Q可得，lD=2mA; Vd = 0.7V 。图E1.18 在路测量，测得小功率硅三极

16、管各引脚的电位如图E1.18所示，试判断其工作状图 E1.18解：如图E1.18所示VcVbVe, VBE=VBE(on) = 0.7V,发射结正偏，集电结反偏，三极管(硅 NPN型 小功率管)工作在放大状态。VbvVe, VcVb,发射结，集电结均反偏，三极管工作在截止状态。(c)VCVb Ve, VbE VBE(on) = 0.7V ,三极管已损坏(发射结开路)。VeVbVc, Vbe = VBE(on) = - 0.7V,发射结正偏，集电结反偏，三极管(硅 PNP 型小功率管)工作在放大状态。VB Ve, Vbe = VBE(on)= 0.7V , VbVc,发射结、集电结均正偏，三极管

17、工作在饱和状态。在路测量，测得放大电路中的四个三极管各引脚的电位如图E1.19所示，试判断这四个三极管的引脚(e、b、c),它们是NPN型还是PNP型，是硅管还是错管。图 E1.19解：放大电路中三极管的各电极在路电位，如图 E1.19所示V3V1V2, V12= (3.5 2.8) V = 0.7V,脚为 c,脚为 b,脚为 e；是 NPN 型小功率硅管。V3V2V1, V21= (3 2.8) V=0.2V;脚为 c,脚为 b,脚为 e；是 NPN 型 小功率错管。Vk V2V2V3, V21= (11.812) V = 0.2V;脚为 e,脚为 b,脚为 c；是 PNP 型的小功率错管。

18、测得放大电路中的三极管各引脚的电流如图E1.20所示，试判断三极管的弓唧 (e、b、c),它们是NPN型还是PNP型，电流放大系数 B为多少？图 E1.20解：放大电路中的三极管的各电极在路电流，如图 E1.20所示(a)I1=I2+I3, I2I3, 12、I3流入三极管，I1流出三极管，脚为 e,脚为c,脚为b;是NPN型小功率管;20.0450(b) I3= I1+ I2, I2 I1, I1、I2流出三极管，I3流入三极管；脚为b,脚为c,脚为e;是PNP型小功率管;I C 1I B0.011001.21三极管放大电路如图E1.21 所示，设 T 的 VBE(on)=0.7V , Vc

19、es=0.3V,试分析采用哪些方法可判断T是否工作正常。解：如图E1.21所示电路，用万用表检测三极管 电极的电位 Vc、Vb、Ve即可判断T是否正常工作。T的三个若VcVbVe,且VbE= VBE(on) = 0.7V ,则T正常工作在放 大状态；若 Vbe = VBE(on)=0.7V, Vce=Vces=0.3V,则 T 工作在饱凡0和状态；若V若Vb-0V, Vc-Vcc,则T已损坏，发射结可能短路;图 E1.21b = Vcc, VcVcc,1.22三极管电路如图VD(on)=0.7V,试分析、判断则T已损坏，发射结可能开路。E1.22 所示，设 T 的 VBE(on) = 0.7V

20、T的工4气区域。Vces= 0.3V ,3 =50, D 的IVo-KO G+03 V图 E1.22解：三极管电路如图 E1.22所示(a)若T工作在放大或饱和区，则:Vb= VBE(on)+VD(on) W 1V ,Vc VCES+ VD(on)所以，T不可能工作在放大或饱和区；若T工作在截止区，则VBVBE(on)= 0.7V, Vcb= (12 6) V = 6V0,即，Vc Vb Ve,所以T可能工作在放大或饱和区若工作在放大区,IbIbS=CS；若工作在饱和区，则IB IBS = -CS 图示电路中6 V BE(on)6 0.7mA mA 0.265mA2020IbsSmA12 0

21、3mA 0.078 mA3 50显然，IbIbs,所以，三极管 T工作在饱和区。三极管电路如图 E1.23所示，设T的VBE(on)= 0.7V , Vces= 0.3V , B = 100,试求出 各电路的Ib、Ic、Vce,并分析、判断 T的工作状态。4-L2V+5 V TOC o 1-5 h z 解：如图E1.23所示电辟酬图 E1.23VBB VBE(on)6 0.7(a)I b mA 0.104mA HYPERLINK l bookmark32 o Current Document Rb510.117mA HYPERLINK l bookmark15 o Current Docume

22、nt 12 0.3 mA1 100因为IbvIbs,所以T工作于放大状态I c= &b=Vce = Vcc IcRc(b)12VVBE(on)Rb12 0 7 mA 0.202mA56I BS12 V VcesRc12 0 3mA 0.039mA3 100因为IbIbs,所以T工作于饱和状态Vc= Vce= VcesI c I CS(c)三极管T开始工作前,12V VcesRc12 0.3 mA 3.9mA3Vbe=0,所以，三极管 T工作于截止状态，有Ib= Ic= 0Vc = Vce= 5V某三极管的 PcM = 100mW, IcM = 20mA, V(br)ceo = 15V ,试问若

23、设置其在下歹U几 种情况下，哪种设置是正确的，哪种是不正确的，为什么？ ( 1) Vce = 3V , Ic= 100mA ;(2) Vce = 2V, Ic = 40mA ; (3) Vce=20V, Ic = 4mA。解：依三极管极限参数定义，有所谓三极管工作安全区：PcM=icVCE, ICM , V(BR)CEOPcM = icvcE= (100X3) mW= 300mWPcM= 100mW,在安全区外，故设置不正 确；Ic= 40mA Icm = 20mA ,在安全区外，故设置不正确；PcM = icvcE= (4X20) mW = 80mWPcM=100mW,但 Vce V(br)

24、ceo = 15V ,在 安全区外，故设置不正确。四个场效应管的转移特性曲线如图E1.25所示，试分析、判断它们分别属于哪种类型的场效应管；对于耗尽型的，试指出其夹断电压VGS(off)及漏极饱和电流Idss的大小；对于增强型的，试指出其开启电压VGS(th)的大小。解：如图E1.25所示场效应管的转移特性曲线。N沟道结型场放效应管，VGS(off)= _ 4V , Idss= 4mA ;N 沟道耗尽型 MOS 场效应管，VGS(off) = 4V , lDss=2mA;P沟道增强型 MOS场效应管，VGS(th)=2V;P 沟道耗尽型 MOS 场效应管，VGS(off)=2V, lDss=2

25、mA。场效应管的输出特性曲线如图E1.26所示(图中漏极电流的参考方向与实际方向一致)，试指出场效应管的类型；对耗尽型的试求出VGS(off)和Idss;对于增强型的，试求出VGS(th)。jyrnA5储v图 E1.26解：如图E1.26所示场效应管的输出特性曲线N 沟道耗尽型 MOS 场效应管，VGs(off)= 一 4V , Idss= 2mA ;P 沟道结型场效应管，VGs(off)= 4V , Idss = 4mA ;P沟道增强型MOS场效应管，VGs(th)=2V;N沟道增强型MOS场效应管，VGs(th)= 2V。三极管电路如图 E1.27所示，试用Multisim仿真软件按表 E

26、1.27的要求求取当 修、 Rc为不同数值时的 Vbe、Ib、Ic、Ie、Vce和B的数值，并将测量数据填入表E1.27中。分析测量的结果，验证Ib、Ic、Ie间的关系；验证三极管处于截止、放大、饱和状态时的 偏置条件；验证三极管处于截止、放大、饱和状态时的外电路特点。图 E1.27表 E1.27、条 件参、数RC= 1kQRCQVbb /VVBB /V123123Vbe (mV)500688730735500688690691Ib (mA)00Ic (mA)1012Ie (mA)1012Vce (V)B/160156/14235/研究、分析：如图E1.27和表E1.27所示，比较、分析表E1.27的仿真测量数据可知：(1)不论Vi和Rc如何变化，始终有Ie=Ib+Ic。(2)当VbeVb、Ib=0,三极管T工作在截止区时，IcW0,有穿透电流Iceo 存在，但数值较小；当 Vbe0.69V, VcVVb、V