2025年二极管试题及答案

2025年二极管试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.某新型碳化硅（SiC）二极管在25℃时正向导通压降为1.8V，当温度升至150℃时，其正向压降最可能变为（）。A.1.6VB.1.8VC.2.0VD.2.2V2.关于二极管反向击穿特性，以下描述错误的是（）。A.齐纳击穿主要发生在高掺杂PN结中B.雪崩击穿所需电场强度低于齐纳击穿C.稳压二极管正常工作时需工作在反向击穿区D.温度升高时，齐纳击穿电压会略有降低3.某半波整流电路输入正弦电压有效值为220V，负载电阻为1kΩ，忽略二极管正向压降，其输出电压平均值约为（）。A.99VB.198VC.220VD.311V4.锗二极管与硅二极管相比，最显著的特性差异是（）。A.反向饱和电流更小B.正向导通压降更低C.最高工作频率更低D.温度稳定性更好5.在限幅电路中，若二极管负极接参考电压Vref=3V，正极接输入信号vi（正弦波峰值5V），则输出电压的上限被限制为（）。A.3VB.3.7VC.5VD.0V6.某二极管手册标注“最高反向工作电压VRWM=100V”，则其反向击穿电压VBR至少应为（）。A.50VB.100VC.150VD.200V7.温度升高时，二极管的反向饱和电流Is会（）。A.基本不变B.指数级增大C.线性减小D.先增大后减小8.为实现12V直流稳压输出，选用稳压值VZ=12V的稳压二极管，若输入电压波动范围为15V~20V，负载电流IL=5mA~15mA，则限流电阻R的最小取值应为（）（设稳压管最小工作电流IZmin=3mA）。A.100ΩB.200ΩC.300ΩD.400Ω9.图1所示电路中，D1为硅管（0.7V），D2为锗管（0.3V），则输出电压UO为（）。（图1：D1正极接+5V，负极接D2正极，D2负极接地，UO从D1负极与D2正极之间引出）A.4.3VB.4.7VC.0.3VD.0.7V10.关于肖特基二极管（SBD）与普通PN结二极管的对比，正确的是（）。A.肖特基二极管反向恢复时间更短B.肖特基二极管正向导通压降更高C.肖特基二极管温度稳定性更好D.肖特基二极管更适合高压应用二、填空题（每空1分，共15分）1.二极管的伏安特性曲线可分为正向（）区、正向（）区和反向（）区、反向（）区四个区域。2.硅二极管的死区电压约为（）V，锗二极管约为（）V；正常导通时，硅管压降约（）V，锗管约（）V。3.整流电路的作用是将（）电转换为（）电，其中桥式整流电路的输出电压平均值约为输入正弦电压有效值的（）倍（忽略二极管压降）。4.稳压二极管正常工作时需处于（）偏置状态，其稳压性能主要取决于（）区的（）特性。5.二极管的主要参数包括（）电流、（）电压、（）电流和最高工作频率等。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述温度对二极管正向特性和反向特性的影响机制。2.比较半波整流电路与桥式整流电路的优缺点（从输出电压、二极管承受反向电压、整流效率三方面分析）。3.说明稳压二极管与普通二极管在结构和应用上的主要区别。4.分析图2所示限幅电路的工作原理（图2：输入vi为正弦波，D为硅管，正极接vi，负极接+3V参考电压，输出uo从D负极引出），并画出输入输出波形对应关系。5.解释二极管“反向恢复时间”的定义及其对高频开关电路的影响。四、计算题（每题10分，共30分）1.某桥式整流滤波电路输入交流电压有效值为20V，频率50Hz，负载电阻RL=1kΩ，滤波电容C=1000μF。（1）计算输出电压平均值UO（考虑电容滤波后约为1.2倍输入有效值）；（2）若电容虚焊导致滤波失效，计算此时输出电压平均值（忽略二极管压降）；（3）求二极管承受的最高反向电压。2.图3所示电路中，电源VCC=10V，R1=2kΩ，R2=3kΩ，D为硅二极管（0.7V），求：（1）二极管的导通状态（导通或截止）；（2）A点电压UA；（3）通过二极管的电流ID。（图3：VCC正极接R1一端，R1另一端接A点，A点接二极管正极，二极管负极接R2一端，R2另一端接地）3.设计一个稳压电路，要求输出电压VO=5V，负载电流IL=0~20mA，输入电压VI=8V~12V。选用稳压管参数：VZ=5V，IZmin=2mA，IZmax=50mA。（1）计算限流电阻R的取值范围；（2）若R=200Ω，验证是否满足要求；（3）说明当IL=0时稳压管是否安全。五、综合分析题（15分）图4为某二极管逻辑门电路，其中D1、D2为硅二极管，VCC=5V，R=1kΩ，输入A、B为0V或5V的数字信号。（1）分析四种输入组合（A=0V,B=0V；A=0V,B=5V；A=5V,B=0V；A=5V,B=5V）下二极管的导通状态；（2）计算每种状态下的输出电压UO；（3）判断该电路实现的逻辑功能（与门、或门、非门等）。（图4：D1正极接输入A，D2正极接输入B，D1和D2负极共同接R一端，R另一端接VCC正极，UO从D1、D2负极与R之间引出）答案一、单项选择题1.A（温度升高，半导体载流子浓度增加，正向压降降低）2.B（雪崩击穿需要更高电场使载流子碰撞电离）3.A（半波整流输出平均值=0.45×220≈99V）4.B（锗管正向压降约0.3V，硅管约0.7V）5.A（二极管负极接3V，当vi>3V时二极管导通，输出被钳位至3V）6.C（VRWM通常取VBR的1/2~2/3，故VBR≥150V）7.B（反向电流Is随温度指数增长，硅管约每10℃翻倍）8.C（Rmin=(Vi_min-VZ)/(IL_max+IZmin)=(15-12)/(15+3)=3/18=0.167kΩ=167Ω，但需验证Vi_max时IZ是否≤IZmax：(20-12)/(R)=IL+IZ→R≥(20-12)/(IL_min+IZmax)=(8)/(5+50)=0.145kΩ=145Ω，综合取300Ω更安全）9.A（D2导通压降0.3V，D1正极5V，负极=5V-0.7V=4.3V，D2正极=4.3V，负极0V，压降4.3V>0.3V，故D2导通，最终A点被钳位为0.3V+0V=0.3V？修正：实际D1和D2串联，总压降=0.7+0.3=1V，电源5V，故A点=5V-0.7V=4.3V（D1负极），D2正极=4.3V，负极0V，压降4.3V>0.3V，D2导通，最终A点电压由D2导通决定为0.3V？矛盾。正确分析：D1和D2均可能导通，若D2导通，其正极电压=0.3V（负极接地），则D1正极5V，负极0.3V，压降5-0.3=4.7V>0.7V，D1也导通。此时两管同时导通，总压降=0.7+0.3=1V，电源5V，电流I=(5-1)/(无串联电阻？题目未画电阻，假设导线电阻忽略，则实际两管压降固定，A点=D1负极=5-0.7=4.3V，D2正极=4.3V，负极0V，压降4.3V>0.3V，D2导通，故A点被D2钳位为0.3V？此处可能题目电路有误，正确答案应为A选项4.3V，假设D2未完全导通）10.A（肖特基二极管为多数载流子器件，反向恢复时间极短，适合高频）二、填空题1.死区；导通；截止；击穿2.0.5；0.1；0.7；0.33.交流；脉动直流；0.9（桥式整流无滤波时为0.9倍）4.反向；击穿；伏安特性陡峭5.最大整流；最高反向工作；反向饱和三、简答题1.温度升高时，正向特性：载流子热运动加剧，相同电流下正向压降减小（约-2mV/℃）；反向特性：本征载流子浓度指数增加，反向饱和电流Is显著增大（硅管约每10℃翻倍，锗管约每8℃翻倍）。2.半波整流：输出电压平均值低（0.45U2），二极管承受反向电压高（√2U2），整流效率约40.6%；桥式整流：输出电压平均值高（0.9U2），二极管承受反向电压低（√2U2/2），整流效率约81.2%（均忽略滤波）。3.结构：稳压管掺杂浓度更高，PN结更薄；应用：普通二极管用于整流、限幅等正向或反向截止状态，稳压管工作在反向击穿区，利用其陡峭的伏安特性稳压。4.当vi>3V+0.7V=3.7V时，二极管导通，输出uo被钳位为3.7V；当vi≤3.7V时，二极管截止，uo=vi。输入正弦波峰值若大于3.7V，输出波形顶部被限幅为3.7V，其余部分与输入一致。5.反向恢复时间trr：二极管从正向导通转为反向截止时，存储电荷消散所需时间。高频开关电路中，若trr大于开关周期，二极管无法及时截止，导致功耗增加、效率降低，甚至损坏器件。四、计算题1.（1）UO=1.2×20=24V；（2）无滤波时，桥式整流输出平均值=0.9×20=18V；（3）二极管最高反向电压=√2×20≈28.28V（桥式中二极管承受反向电压为输入峰值）。2.（1）假设D导通，UA=0.7V（负极接地？不，D负极接R2到地，R2=3kΩ，D正极接R1到10V。正确分析：节点A电压UA，D导通时UA=UD+UB，UB为D负极电压。电路中，VCC→R1→A→D→R2→地。设D导通压降0.7V，则UA=UB+0.7V。根据基尔霍夫电流定律：(10-UA)/R1=(UA-0)/R2+ID（ID为二极管电流）。但D导通时ID>0，假设UB=UA-0.7V，电流(10-UA)/2k=(UA)/(3k)+ID。若D截止，ID=0，则(10-UA)/2k=UA/3k→30-3UA=2UA→UA=6V。此时D正极6V，负极=UA-0（？原电路描述可能有误，正确电路应为D负极接R2到地，故D负极电压=IR2×R2，而D正极=UA=10V-I×R1。重新整理：总电流I=(10V-UD)/(R1+R2)，UD=0.7V（导通），则I=(10-0.7)/(2+3)=9.3/5=1.86mA。UA=10V-I×R1=10-1.86×2=6.28V，D负极电压=I×R2=1.86×3=5.58V，D压降=6.28-5.58=0.7V，符合导通条件。故（1）导通；（2）UA=6.28V；（3）ID=1.86mA。3.（1）Rmin=(VI_min-VZ)/(IL_max+IZmin)=(8-5)/(20+2)=3/22≈0.136kΩ=136Ω；Rmax=(VI_max-VZ)/(IL_min+IZmax)=(12-5)/(0+50)=7/50=0.14kΩ=140Ω（此处矛盾，实际Rmax应保证VI_max时IZ≤IZmax：(VI_max-VZ)/R-IL_min≤IZmax→R≥(VI_max-VZ)/(IL_min+IZmax)=7/50=140Ω；Rmin保证VI_min时IZ≥IZmin：(VI_min-VZ)/R-IL_max≥IZmin→R≤(VI_min-VZ)/(IL_max+IZmin)=3/22≈136Ω。因此无可行解，需调整参数或更换稳压管）；（2）若R=200Ω，VI_min时IZ=(8-5)/200-20mA=15mA-20mA=-5mA（截止，不满足）；（3）IL=0时，IZ=(VI-5)/200，VI=12V时IZ=7/200=35mA≤50mA，安全。五、综合分析题（1）输入A=0V,B=0V：D1、D2均导通（正向压降0.7V）；A=0V,B=5V：D1导通（0V更负），D2截止；A=5V,B=0V：D2导通，D1截止；A=5V,B=5V：两管均截止（正极5V，负极=5V-0.7V=4.3V，需比较负极电压与VCC=5V，实际电路中R接VCC=5V，D负极通过R接5V，故D负极电压=5V-IR。正确分析：D正极电压低的优先导通。A=0V时，D1正极0V，D2正极5V，D1导通，将负极钳位为0.7V（硅管），此时D2正极5V，负极0.7V，反向偏置截止。同理：-A=0V,B=0V：两管正极均0V，同时导通，负极电压=0.7V；-A=0V,B=5V：D1导通（0V<5V），负极0.7V，D2截止；-A=5V,B