大学模拟电路答案第一章.doc

第一章半导体材料及二极管习题类型11半导体材料的导电特性；121.9简单二极管电路的分析、计算；110、111二极管限幅电路的分析、计算；1121.16稳压二极管电路的分析、计算；117、118稳压管稳压电路的设计。1.1某N型Si材料的施主密度/cm3。在T=300K和T=550K时Si的本征浓度分别为/cm3和1015/cm3。计算在这两种温度下的自由电子浓度和空穴浓度，并说明材料导电特性的变化。解：（1）T=300K，肯定成立/cm3，/cm3。（2）T=550K，应联立求解和。将，代入上二方程可得：由上式解出/cm3/cm3。结论：在T=300K时，材料呈现杂质导电特性。在T=550K时，材料已呈现本征导电特性。1.2当T300K时，Ge和Si二极管的反向饱和电流分别为1A和0.5pA。如果将此两个二极管串联连接，有1mA的正向电流流过，试问它们的结电压各为多少？解：，两管已充分导通，故伏安关系近似为，由此，取mV（T=300K）VV。题图1.21.3在T=300K时，利用PN结伏安方程作以下估算：（1）若反向饱和电流A，求正向电压为0.1V，0.2V和0.3V时的电流。（2）当反向电流达到反向饱和电流的90%时，反向电压为多少？（3）若正、反向电压均为0.05V，求正向电流与反向电流比值的绝对值。解：（1）V=0.1V时，A；V=0.2V时，mA；V=0.3V时，A；（2）按题意由上式解出V（3）1.4二极管的伏安特性可用来表示，设。如果用一个的干电池正向接在该二极管的两端，试计算将有多大电流通过？电流值是否与实际情况相符？解：计算值，实际上，电流一旦超过允许的最大整流电流，管子就因过热而烧毁。1.5题图1.5中所有二极管的反向饱和电流均为，求输出电压时相应的输入电压。题图1.5解：1.6二极管电路如题图1.6所示，判断各图中的二极管是导通还是截止，并求出A、O两端电压。设二极管的导通压降为0.7V。(a)(b)(c)(d)题图1.6解：(a)首先将二极管D断开，求二极管两端将承受的电压VD6-(-12)=6VVD(ON)0.7V，二极管D导通VAO6-0.7=6.7V(b)断开二极管D，二极管两端将承受的电压VD15-(-12)=3VVD(ON)0.7V，二极管D截止VAO12V(c)两个二极管D1、D2未接入时所承受的电压分别为两个二极管D1、D2接入后，由于，故二极管导通，故二极管截止则(d)两个二极管D1、D2未接入时所承受的电压分别为两个二极管D1、D2接入后，由于，故二极管截止，故二极管截止则1.7二极管电路如图1.7所示，偏置电流为I，正弦信号与和C串联。设C足够大，在正弦信号作用下可视为短路。（1）证明：（2）当T300K，且时，分别计算。题图1.7解：（1）二极管D的交流电阻，由交流通路可知题图1.7.1（2）当时，1.8二极管电路如题图1.8所示，设二极管的正向导通电压为0.7V，电容和容量足够大，对信号可视为短路，。(1)试画出直流等效电路和交流等效电路；(2)求输出电压的值。题图1.8解：（1）直流等效电路图1.8.1由节点方程可知（2）交流等效电路图1.8.2由于，则1.9题图1.9所示电路中，是振幅为10V的低频正弦电压，二极管视为恒压器件（V）。试画出的波形。题图1.9解一：二极管在回路中有2V正偏，又D导通电压为0.7V，V时，D导通。当V时，D截止，。的波形为题图1.9.1。题图1.9.1解二：，V时，D导通，。V时，D截止，。波形为题图1.9.2。题图1.9.21.10题图1.10（a）和（b）分别是二极管全波整流电路和桥式整流电路。假设二极管为理想开关，试分析对于输入信号的正半周和负半周，每支二极管的状态，并画出输出电压的波形。题图1.10解：(a)输入正半周时，D1导通，D2截止。输入负半周时，D2导通，D1截止。(b)输入正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。输入负半周时，D2、D4导通，D1、D3截止。（a）（b）两整流电路波形相同，如题图1.10.1所示。题图1.10.11.11题图1.11所示的二极管单向限幅电路，已知，二极管视为恒压器件（V）。试画出的波形。题图1.11解：当时，D截止，当时，D导通，题图1.11.11.12并联型二极管双限幅电路如题图1.12所示，已知，二极管视为恒压器件（）。（1）试画出的波形。（2）试总结:要使上限幅电压为Vmax和下限幅电压为Vmin的并联型二极管双限幅电路构成原则以及对输入电压的要求。题图1.12解：（1）当时，截止，导通，当时，均截止，当时，导通，截止，的波形如题图1.12.1所示。题图1.12.1（2）构成电路如题图1.12.1所示。题图1.12.1要求，两电压均可正负。对的要求：，。1.13题图1.13为串联型二极管双向限幅电路。假设D1和D2为理想开关，试分析并画出与的电压关系曲线。题图1.13解：状态1D1、D2均截止，此时V，V。，D2不能截止。此状态不存在。状态2：D1导通，D2截止。此时，V，但要求V，V。状态3：D1截止，D2导通。此时V，但要求，V。状态4：D1、D2均导通。由状态2、3可知，时D1、D2均导通，故此时。由上述分析可画出与关系曲线如图1.13.1所示。题图1.13.11.14题图1.14所示的二极管箝位电路中，设二极管是理想二极管，t=0时，电容两端电压为0,已知其输入信号。（1）试画出输出电压的波形。（2）试总结：要使底部电压箝位于Vmin和顶部电压箝位于Vmax的原则以及对输入电压的要求。题图1.14解：（1）设定电压的参考极性如图1.14.1所示题图1.14.1在期间，vi0，则，二极管D正偏导通，vo=0，电容C被快速充电至。从开始，二极管D一直反偏截止，电容C无放电回路，基本保持不变，则当时，vo=0当时，当时，当时，画出vo的波形如题图1.14.2所示。题图1.14.2可见，vo的波形是vi的波形向上平移Vm，vo的负向最大值被箝位在0V。如果把二极管D反接，则vo的正向最大值被箝位在0V。（2）构成电路如题图1.14.3所示。题图1.14.3底部箝位于的电路，可正可负。顶部箝位于的电路，可正可负。对的要求：要求：。1.15题图1.15所示电路中，低频正弦电压V，Si稳压管V。试画出稳压管两端的电压的波形。题图1.15解：V时，击穿，V。V时，导通，V。时，截止，。波形如题图1.15.1.题图1.15.11.16题图1.16所示电路中，已知，和为稳压二极管，其稳定工作电压分别为7V和6V，且具有理想的特性，求输出电压。题图1.16解：未接入电路时，则，故稳压，故稳压由于，则较先稳压此时故此时稳压，则1.17设硅稳压管和的稳定电压分别为5V和10V，求题图1.17中各电路的输出电压。已知稳压管的正向压降为0.7V。(a)(b)(c)(d)题图1.17解：(a)(b)(c)(d)1.18稳压二极管电路如题图1.18所示，已知稳压管的稳定电压，动态电阻，输入电压的标称值为10V，但有的波动。(1)当时，试求标称电压下流过稳压管的电流和输出电压。在输入电压波动时，输出电压的变化量有多大？(2)当时，？题图1.18解：（1）由于，故稳压此时题图1.18.1增量等效电路由增量等效电路可知，（2）由于，故不能稳压此时1.19稳压二极管电路如题图1.19所示，已知稳压管的。(1)若，试求允许的变化范围；(2)若，试求允许的变化范围。题图1.19解：(1)代入上述数值可得：(2)由可得代入上述数值可得：1.20由稳压管2DW12D构成的稳压电路如题图1.20，已知2DW12D的参数为：，。输入直流电压变化范围为，负载电阻。试正确选取限流电阻R的值，并要求开路时不会烧管。题图1.20解：已知则限流电阻的取值范围代入上述数值可得:1.21设计一稳压管稳压电路，要求其中的直流输入电压由汽车上铅酸电池供电，电压在之间波动。负载为一移动式9V半导体收音机，当它的音量最大时，需供给的功率为0.5W。稳压管的主要参数为：稳定电压，稳定电流的范围为，试选择合适的限流电阻R。解：设计的稳压管稳压电路如题图1.21所示。题图1.21当音量最大时，负载上电流的最大值及的最小值分别为当半导体收音机关掉时，由教材P27式（1.28）可知，代入数据后可得