《模擬電子技術(shù)》(第3版)課件與教案第1章

1、2.2 KG+ 12 VVa(任士2.21.8 2.20.7)第1章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用試確定圖(a)、(b)所示電路中二極管 D是處于正偏還是反偏狀態(tài)，并計算A、B、C、D各點的電位。設(shè)二極管的正向?qū)▔航礦D(on)=。+ 12 V(b)解：如圖E1.1所示，斷開二極管，利用電位計算的方法，計算二極管開始工作前的外加 電壓，將電路中的二極管用恒壓降模型等效，有Vd/ = (12 0) V=12V0.7V, Di 正偏導(dǎo)通,Vb= VaVD(on) V = 6. 215VVd2, = ( 0 12) V= 12VV0.7V, D2反偏截止，有Vc=12V, Vd = 0V二極管電路如圖所示，

2、設(shè)二極管的正向?qū)▔航礦D(on)=，試確定各電路中二極管D的工作狀態(tài)，并計算電路的輸出電壓Vo。圖 E1.2解：如圖E1.2所示，將電路中連接的二極管開路，計算二極管的端電壓，有Vd= 9 ( 12) V = 3V0.7V, D1 正偏導(dǎo)通VO1Vd2，= 3 ( 9) V= 1.5V0.7V, D2正偏導(dǎo)通2VO2Vd3/ =9V0.7V, VD4/ = 9 ( 6) V = 15V0.7V, Vd4z Vd3z, D4首先導(dǎo)通。D4 導(dǎo)通后，Vd3= (0.76) V = - 5.3V0時，Di正偏導(dǎo)通，VO1 = Vi。(b)當(dāng)ViV0時，D2反偏截止，VO2=Vi；當(dāng)vi0時，D2正

3、偏導(dǎo)通，VO2=0。(c)當(dāng)ViV0時，D3正偏導(dǎo)通，VO3=Vi；當(dāng)vi0時，D3反偏截止，VO3 = 0。由此，可畫出輸入信號Vi與輸出信號VO1、VO2、VO3的波形，如圖 E所示。二極管電路如圖(a)所示，輸入信號Vi (t)的波形如圖(b)所示。(1)設(shè)二極管是理想的，試畫出Vo (t)的波形。(2)設(shè)二極管用恒壓降模型等效(VD(on)=),試畫出VO (t)的波形。(3)設(shè)二極管用折線模型等效(VD(on) =, rD=20 )，試畫出VO (t)的波形。解：如圖E1.4 (a)所示電路，二極管 D的工作狀態(tài)取決于電路中直流電源與交流信號VD / = Vi (t) 6 V。Vi

4、(t)的幅值關(guān)系。斷開電路中連接的二極管，其端口外加電壓為,(1)由二極管的理想模型，有 VO (t)的波形，如圖 E (b)所示，其中,當(dāng)Vi (t) V 6V時，二極管反偏截止，vo (t) = 6V;當(dāng)vi (t) 6V時，二極管正偏導(dǎo)通， TOC o 1-5 h z Vi(t) 6Vi(t)Vo(t) -6V -3V22當(dāng) Vi (t) = 10V 時，vo (t) = 8V。由二極管的恒壓降模型，有Vo (t)的波形，如圖E (c)所示，其中,當(dāng) Vi (t) v 6.7V 時，二極管截止，vo (t) =6V;當(dāng)Vi (t) 6.7V時，二極管導(dǎo)通，M(t) 6.7Vi(t)Vo(

5、t) - 6V -2.65V22當(dāng) Vi (t) = 10V 時，vo (t) = 7.65V。(3)由二極管的折線模型，有vo (t)的波形，如圖E (d)所示，其中，當(dāng) Vi (t) V 6.7V 時，二極管截止，vo (t) = 6V;當(dāng)Vi (t) 6.7V時，二極管導(dǎo)通，Vi(t) 6.710Vo(t) ;200 6V -Vi(t) 2.81V200 20 20021當(dāng) Vi (t) = 10V 時，VO (t)=。二極管電路如圖E1.5所示，取二極管正向?qū)▔航礦D(on) =, v =10/2sin t mV, C對交流的容抗近似為零，試求二極管D兩端的交流電壓 Vd和流過二極管

6、的交流電流id。10叩25 k叩 it-o圖 E1.4.1Vi (t)與 vo (t)的波形圖 E1.5Id = Iq =5 0.72.5解：如圖E1.5所示，分別用二極管的恒壓降模型和交流微變小信號模型做等效變換，可 將非線性的二極管視為線性參件，由疊加定理，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二極管電路如圖E1.6所示，設(shè)二極管的正向?qū)▔航礦D(on)=,二極管的最大功耗PDM為10mW

7、,要求電路在電源電壓為5VWVDDW10V的范圍內(nèi)變化時，二極管均正向?qū)?，且流過二極管電流的最小值ID(min)= 2mA。試確定電阻R1和R2的取值。(提示：PDM =I D(max) VD(on)圖 E1.6解：如圖E1.7所示，將電路中的二極管用恒壓降模型等效，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=82二極管半波整流電路如圖E1.7所示。變壓器Tr、熔斷器FU、負(fù)載電阻Rl,設(shè)計取值合理。試定性地分析，當(dāng)二極管D: (1)開路；(2)短路；(3)接反時，電路的工作情況。

8、圖 E1.7分析、解答：如圖E1.7所示，(1)當(dāng)二極管D開路時，輸出電壓為零；(2)當(dāng)二極管D正常工作時，Vo V2；當(dāng)二極管D短路時，輸出電壓為 V2,負(fù)載電流約 增加一倍多，熔斷器熔斷，輸出電壓為零；(3)當(dāng)二極管D反接時，電路可以工作，但輸出電壓極性相反。在圖E1.8所示的單相橋式整流電路中，若V2= 400V , Rl=500 ，試求：（1）輸出電壓平均值，輸出電流平均值，流經(jīng)每個二極管的平均電流和每個二極管所承 受的最大反向電壓；（2）若二極管Di電極引線與電路連接處焊接不良，形成接觸電阻Ri=100 ，如圖E所示，則輸出電流的平均值為多少？解答：如圖E1.8所示單相橋式整流電路，

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）如圖E所示，有I O(AV)0.45V20.45V2R R0.45 400(5000.45 400)A500 1000.66A在圖E1.9所示的單相橋式整流電路中若有一個二極管被斷路、短路、反接，電路會出現(xiàn)什么情況?(a)(b)圖E1.9單相橋式整流電路（a）原理電路（b）簡化電路解答：在圖E1.9所示單相橋式整流電路中：V2；若電路中有一個二極管 （例如D。被

10、短路，在電路工作的另一半時間（例如負(fù)半周）內(nèi),二極管（D2）及（或）變壓器的二次繞組（變壓器）會被短路、燒毀；若電路中一個二極管（例如 D。被反接，在電路工作的一半時間（負(fù)半周）內(nèi)，變壓器二次繞組經(jīng)對應(yīng)的二極管（D1、D2）被短路，變壓器的二次繞組及（或）對應(yīng)的二極管（ D1、D2）會因電流過大而被燒毀。有一電阻性負(fù)載 Rl,需直流電壓24V,直流電流1A,若用單相橋式整流電路供電，求 出電源變壓器副邊電壓的有效值，并選擇整流二極管。解答：工程上一般取:V2 = Vo / =24V/ =26.7V;11Id -Io - 1A 0.5A； 22Vdrm = ( 35) T/2若電源頻率為50Hz

11、,輸出電壓周期 T = 0.02s,則RlC ) sT0.01( s).O (3-5)7R-(3 5) R()F ，2 IRLIRL I電容耐壓2V2圖E1.11單相橋式整流、電容電路1.12由理想二極管組成的電路如圖E1.12所示，設(shè)vi=10sin tV,試畫出輸出信號 vo的波形。Vi的幅值解：如圖E1.12所示，二極管D的工作狀態(tài)取決于電路中直流電源與交流信號 關(guān)系。由二極管的理想模型可知當(dāng)MV 5V時，二極管反偏截止，當(dāng)M5V時，二極管正偏導(dǎo)通，vo= 5VVO= vi由此，可畫出輸出信號 Vo的波形,3在圖3所示的二極管限幅電路中，已知輸入信號為W=10sin t V,二極管的正向

12、導(dǎo)通壓降VD（on）=，試畫出輸出信號 VO的波形。解：3所示，當(dāng)Vi大于上限幅值（4+0.7） V時，vo=4.7V;當(dāng)vi小于下限幅值一（2 + 0.7）V 時，v0= 2.7V。由此，可畫出輸出信號vo的波形，如圖E3.1所示。4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖 4所示，電路設(shè)計合理，其中 Dzi的穩(wěn)定電壓為6V, DZ2的穩(wěn)定 電壓為10V,它們的正向?qū)▔航禐?，試求各電路的輸出電壓值。圖 E1.14圖E1.15圖E5.1vi的和vo的波形解：如圖所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓管的參數(shù)，有voi= ( 6+ 10) V= 16V;vo2= (6+0.7) V = 6.7V;(C)vo35二極管電路如圖5

13、所示，電路設(shè)計合理，設(shè) M=10sin t V,穩(wěn)壓管Dz的穩(wěn)定電壓為8V,正向?qū)▔航禐椋?R為限流、調(diào)整電阻，試近似地畫出vo的波形。vo的波形,解：5所示的二極管電路，由輸入信號和穩(wěn)壓二極管的參數(shù)可畫出輸出信號Vf=,工作電流6發(fā)光二極管驅(qū)動電路如圖 6所示，已知發(fā)光二極管的正向?qū)▔航祃F5mA即可發(fā)光，最大工作電流lFM = 20mA。為使發(fā)光二極管正常工作，試確定限流電阻R的取值范圍。圖 E1.16解：6所示電路，依電路設(shè)計要求，有RminVCCVFI Fmax5 1.6,k20RmaxVcc VfCC FI Fmin5 1.6 k5170680R的取值范圍為 170680 口。若

14、考慮D長期工彳取IF= 1 Ifm = 10mA 則23.4R -Ki340 ,取E24系列標(biāo)稱值330QoVD(on)7二極管電路如圖所示，取二極管Di、D2為理想的恒壓降模型，其正向?qū)▔航?，試用Multisim仿真軟件求取其輸出電壓Vo的大小。解：7所示電路，在電路實驗窗口中搭建實驗電路。為使二極管的正向?qū)▔航礦D(on)=0.7V,二極管選用了虛擬器件的二極管DIODE_VIRTUAL 。啟動仿真按鈕后，測量儀表顯示Vo=-。結(jié)果與理論計算一致。圖 E1.178二極管限幅電路如圖8所示，取二極管Di、D2為理想的恒壓降模型。其正向?qū)▔航礦D(on)=,設(shè)vi= 10JWsin10

15、00 t V,試用Multisim仿真軟件求取其對應(yīng)的輸出電壓的vo的對應(yīng)波形和上、下幅值。3.687V。解： 8 所示，搭建實驗電路進(jìn)行仿真。測得，上限幅值為 3.687V ，下限幅值為結(jié)果與理論計算基本相符。二極管電路如圖(a)所示，二極管 D的伏安特性曲線如圖(b)所示，試用圖解法求取Id、Vd。解：如圖E1.5所示，二極管D的直流負(fù)載線與縱軸和橫軸的交點分別為VddRr2mA 4mA，VDD = 2V 0.5由此，作直流負(fù)載線，如圖E所示。由直流負(fù)載線與二極管 D的伏安特性曲線的交點 (直 流工作點)Q可得，lD=2mA; Vd = 0.7V 。圖E1.18 在路測量，測得小功率硅三極

16、管各引腳的電位如圖E1.18所示，試判斷其工作狀圖 E1.18解：如圖E1.18所示VcVbVe, VBE=VBE(on) = 0.7V,發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管(硅 NPN型 小功率管)工作在放大狀態(tài)。VbvVe, VcVb,發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均反偏，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。(c)VCVb Ve, VbE VBE(on) = 0.7V ,三極管已損壞(發(fā)射結(jié)開路)。VeVbVc, Vbe = VBE(on) = - 0.7V,發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管(硅 PNP 型小功率管)工作在放大狀態(tài)。VB Ve, Vbe = VBE(on)= 0.7V , VbVc,發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏，三極管

17、工作在飽和狀態(tài)。在路測量，測得放大電路中的四個三極管各引腳的電位如圖E1.19所示，試判斷這四個三極管的引腳(e、b、c),它們是NPN型還是PNP型，是硅管還是錯管。圖 E1.19解：放大電路中三極管的各電極在路電位，如圖 E1.19所示V3V1V2, V12= (3.5 2.8) V = 0.7V,腳為 c,腳為 b,腳為 e；是 NPN 型小功率硅管。V3V2V1, V21= (3 2.8) V=0.2V;腳為 c,腳為 b,腳為 e；是 NPN 型 小功率錯管。Vk V2V2V3, V21= (11.812) V = 0.2V;腳為 e,腳為 b,腳為 c；是 PNP 型的小功率錯管。

18、測得放大電路中的三極管各引腳的電流如圖E1.20所示，試判斷三極管的弓唧 (e、b、c),它們是NPN型還是PNP型，電流放大系數(shù) B為多少？圖 E1.20解：放大電路中的三極管的各電極在路電流，如圖 E1.20所示(a)I1=I2+I3, I2I3, 12、I3流入三極管，I1流出三極管，腳為 e,腳為c,腳為b;是NPN型小功率管;20.0450(b) I3= I1+ I2, I2 I1, I1、I2流出三極管，I3流入三極管；腳為b,腳為c,腳為e;是PNP型小功率管;I C 1I B0.011001.21三極管放大電路如圖E1.21 所示，設(shè) T 的 VBE(on)=0.7V , Vc

19、es=0.3V,試分析采用哪些方法可判斷T是否工作正常。解：如圖E1.21所示電路，用萬用表檢測三極管 電極的電位 Vc、Vb、Ve即可判斷T是否正常工作。T的三個若VcVbVe,且VbE= VBE(on) = 0.7V ,則T正常工作在放 大狀態(tài)；若 Vbe = VBE(on)=0.7V, Vce=Vces=0.3V,則 T 工作在飽凡0和狀態(tài)；若V若Vb-0V, Vc-Vcc,則T已損壞，發(fā)射結(jié)可能短路;圖 E1.21b = Vcc, VcVcc,1.22三極管電路如圖VD(on)=0.7V,試分析、判斷則T已損壞，發(fā)射結(jié)可能開路。E1.22 所示，設(shè) T 的 VBE(on) = 0.7V

20、T的工4氣區(qū)域。Vces= 0.3V ,3 =50, D 的IVo-KO G+03 V圖 E1.22解：三極管電路如圖 E1.22所示(a)若T工作在放大或飽和區(qū)，則:Vb= VBE(on)+VD(on) W 1V ,Vc VCES+ VD(on)所以，T不可能工作在放大或飽和區(qū)；若T工作在截止區(qū)，則VBVBE(on)= 0.7V, Vcb= (12 6) V = 6V0,即，Vc Vb Ve,所以T可能工作在放大或飽和區(qū)若工作在放大區(qū),IbIbS=CS；若工作在飽和區(qū)，則IB IBS = -CS 圖示電路中6 V BE(on)6 0.7mA mA 0.265mA2020IbsSmA12 0

21、3mA 0.078 mA3 50顯然，IbIbs,所以，三極管 T工作在飽和區(qū)。三極管電路如圖 E1.23所示，設(shè)T的VBE(on)= 0.7V , Vces= 0.3V , B = 100,試求出 各電路的Ib、Ic、Vce,并分析、判斷 T的工作狀態(tài)。4-L2V+5 V TOC o 1-5 h z 解：如圖E1.23所示電辟酬圖 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因為IbvIbs,所以T工作于放大狀態(tài)I c= &b=Vce = Vcc IcRc(b)12VVBE(on)Rb12 0 7 mA 0.202mA56I BS12 V VcesRc12 0 3mA 0.039mA3 100因為IbIbs,所以T工作于飽和狀態(tài)Vc= Vce= VcesI c I CS(c)三極管T開始工作前,12V VcesRc12 0.3 mA 3.9mA3Vbe=0,所以，三極管 T工作于截止?fàn)顟B(tài)，有Ib= Ic= 0Vc = Vce= 5V某三極管的 PcM = 100mW, IcM = 20mA, V(br)ceo = 15V ,試問若

23、設(shè)置其在下歹U幾 種情況下，哪種設(shè)置是正確的，哪種是不正確的，為什么？ ( 1) Vce = 3V , Ic= 100mA ;(2) Vce = 2V, Ic = 40mA ; (3) Vce=20V, Ic = 4mA。解：依三極管極限參數(shù)定義，有所謂三極管工作安全區(qū)：PcM=icVCE, ICM , V(BR)CEOPcM = icvcE= (100X3) mW= 300mWPcM= 100mW,在安全區(qū)外，故設(shè)置不正 確；Ic= 40mA Icm = 20mA ,在安全區(qū)外，故設(shè)置不正確；PcM = icvcE= (4X20) mW = 80mWPcM=100mW,但 Vce V(br)

24、ceo = 15V ,在 安全區(qū)外，故設(shè)置不正確。四個場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖E1.25所示，試分析、判斷它們分別屬于哪種類型的場效應(yīng)管；對于耗盡型的，試指出其夾斷電壓VGS(off)及漏極飽和電流Idss的大?。粚τ谠鰪娦偷?，試指出其開啟電壓VGS(th)的大小。解：如圖E1.25所示場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。N溝道結(jié)型場放效應(yīng)管，VGS(off)= _ 4V , Idss= 4mA ;N 溝道耗盡型 MOS 場效應(yīng)管，VGS(off) = 4V , lDss=2mA;P溝道增強型 MOS場效應(yīng)管，VGS(th)=2V;P 溝道耗盡型 MOS 場效應(yīng)管，VGS(off)=2V, lDss=2

25、mA。場效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖E1.26所示(圖中漏極電流的參考方向與實際方向一致)，試指出場效應(yīng)管的類型；對耗盡型的試求出VGS(off)和Idss;對于增強型的，試求出VGS(th)。jyrnA5儲v圖 E1.26解：如圖E1.26所示場效應(yīng)管的輸出特性曲線N 溝道耗盡型 MOS 場效應(yīng)管，VGs(off)= 一 4V , Idss= 2mA ;P 溝道結(jié)型場效應(yīng)管，VGs(off)= 4V , Idss = 4mA ;P溝道增強型MOS場效應(yīng)管，VGs(th)=2V;N溝道增強型MOS場效應(yīng)管，VGs(th)= 2V。三極管電路如圖 E1.27所示，試用Multisim仿真軟件按表 E

26、1.27的要求求取當(dāng) 修、 Rc為不同數(shù)值時的 Vbe、Ib、Ic、Ie、Vce和B的數(shù)值，并將測量數(shù)據(jù)填入表E1.27中。分析測量的結(jié)果，驗證Ib、Ic、Ie間的關(guān)系；驗證三極管處于截止、放大、飽和狀態(tài)時的 偏置條件；驗證三極管處于截止、放大、飽和狀態(tài)時的外電路特點。圖 E1.27表 E1.27、條 件參、數(shù)RC= 1kQRCQVbb /VVBB /V123123Vbe (mV)500688730735500688690691Ib (mA)00Ic (mA)1012Ie (mA)1012Vce (V)B/160156/14235/研究、分析：如圖E1.27和表E1.27所示，比較、分析表E1.27的仿真測量數(shù)據(jù)可知：(1)不論Vi和Rc如何變化，始終有Ie=Ib+Ic。(2)當(dāng)VbeVb、Ib=0,三極管T工作在截止區(qū)時，IcW0,有穿透電流Iceo 存在，但數(shù)值較??；當(dāng) Vbe0.69V, VcVVb、V