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第 1 章 半导体二极管及其电路分析
`
某二极管在室温(300K)下的反向饱和电流为 0.1pA,试分析二极管外加电压
在 0.5V~0.7V 之间变化时,二极管电流的变化范围。
D S
D S
解:由于
i ? I (eUT
? 1)
由题意知 IS=0.1pA,室温下 UT≈26mV,故当 UD=0.5V 时,得
当 UD=0.7V 时,得
500
Di =0.1×10-12×( e 26
D
?1)A≈22.5μA
D700
D
i ? 0.1? 10?12 ? (e 26
? 1) A ? 49.3mA
因此 UD 在 0.5~0.7V 之间变化时,iD 在 22.5μA~49.3mA 之间变化。
二极管电路如图 P1.2 所示,二极管的导通电压 UD(on) =0.7V,试分别求出 R 为 1k
Ω、4kΩ时,电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO。解:(1)R=1kΩ
假设二极管断开,可求得输出电压
U ? ? 9 ?1V ? ?4.5V
U
O 1 ? 1
可见,电路中二极管的阳极电位高于阴极电位 1.5V,所
图 P1.2
以,二极管处于导通状态,故
U O
? (?3 ? 0.7)V
? ?3.7V
IO ? U O / RL
? (?3.7 / 1)mA ? ?3.7mA
I ? ? 3.7 ? (?9) mA ? 5.3mA
2 1
I1 ? I O ? I 2
? (?3.7 ? 5.3)mA ? 1.6mA
(2)R=4kΩ
假设二极管断开,可求得输出电压
U ? ? 9 ?1V ? ?1.8V
U
O 4 ? 1
可见,电路中二极管阳极电位低于阴极电位,二极管处于截止状态,所以
I1 ? 0
OOU ? U ? ?1.8V
O
O
I O ? U O / RL
? (?1.8 / 1)mA ? ?1.8mA
I 2 ? ? I o
? 1.8mA
图P1.3 所示各电路中,设二极管具有理想特性,试判断各二极管是导通还是截止, 并求出 AO 两端电压 UAO。
图 P1.3
解:图(a)中,断开二极管 V1、V2 时,可得 V1、V2 正极电位均为 10V,而 V1、V2 的负极电位分别为 0V 和-6V,因此 V2 的正偏电压大于 V1 的,V2 优先导通,使 UAO=-6V。这样就迫使 V1 反偏截止。
图(b)中,断开管 V1、V2 时,V1、V2 负极电位均为 10V,而正极电位分别为 0V、
-6V,因此 V1、V2 均反偏截止,UAO=10V
图(c)中,断开管 V1、V2,则 V1、V2 负极电位为-10V,正极电位分别为 0V、-6V, 故 V1 优先导通,使 UAO=0,迫使 V2 反偏截止。
图(d)中,断开管 V1、V2,则 V1、V2 负极电位为-5V,正极电位分别为 0V、+5V, 设 V2 优先导通,则
U A ? 5V ?
3
3 ? 2
? [ 5V ? ( ?5V )] ? ?1V
这样 V1 的负极电位为-1V,正极电位为 0V,V1 也正偏导通。V1 导通后使 UAO=UA=0,此时 V2 仍正偏导通。
二极管电路如图 P1.4 所示,二极管导通电压 UD(on)=0.7V, UI=6V 试求电路中电流
I1、I2、IO 和输出电压 UO。
解:由图可见,图中三个二极管均加正向电压而导通,所以
UO=3UD(on)=3×0.7V=2.1V IO=UO/RL=2.1V/1kΩ=2.1mA
故
I1=(6-2.1)V/560Ω=7mA I2= I1-IO=7mA-2.1mA=4.9mA
图P1.4 所示电路中,当 UI=±1V 时, 试分析 UO 的变化范围。
解:当 UI 在 6V 上有±1V 的波动时,可视为与 6V 恒压源串接了一个变化范围为±1V 的信号源,图 P1.4 的小信号等效电路如图解P1.5 所示。图中△UI=±1V,二极管动态电阻为
r ? UT
d I
图 P1.4
图解 P1.5
D
由题 1.4 已求得 U =6V 时,I =4.9mA,故r
? 26mV
? 5.31?
I
由图解 P1.5 得
D
?U ?
d
RL // 3rd
4.9mA
I?U
I
LO R ? R // 3r
L
d
由于 3rd≈15.9Ω RL=1kΩ,故
?UO
? 15.9
560 ?15.9
? (?1V ) ? ?27.6mV
由题 1.4 已求得 UO=2.1V,故当 UI=6±1V 时,UO 的变化范围为 2.1V±27.6mV。
二极管电路如图 P1.6 所示,设二极管具有理想特性, ui=5sin
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