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1、第 1 章绪论1.1教 学 要 求本章是模拟电子技术课程教学的开篇，旨在让学生对这门课程的发展历程、课程内容、特点和学习方法进行了解，以唤醒学生的学习兴趣，激发学生的学习欲望。1.2基 本 概 念1.信号及其分类信号是携带信息的载体，可以分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号是指在时间上和幅度上均具有连续性的信号，从宏观上看，我们周围的大多数物理量都是时间连续、数值连续的变量，如压力、温度及转速等。这些变量通过相应的传感器都可转换为模拟信号。数字信号是指幅度随时间不连续变化的、离散的信号，如电报码和用电平的高与低表示的二值逻辑信号等。2.电子线路及其分类用于产生、传输和处理模拟信号的电子电路称
2、为模拟电路，如放大电路、滤波电路、电压/电流变换电路等，典型设备有收音机、电视机、扩音机等；用于产生、传输和处理数字信号的电子电路称为数字电路，典型设备是电子计算机等。模拟电路和数字电路统称为电子线路。目前，模拟电路和数字电路的结合越来越广泛，在技术上正趋向于把模拟信号数字化，以获取更好的效果，如数码相机、数码电视机等。3.电子技术及其分类电子技术是研究电子器件、电子电路和电子系统及其应用的科学技术，可分为模拟电子技术和数字电子技术。研究模拟电路的电子技术就是模拟电子技术，研究数字电路的电子技术就是数字电子技术。4.电子管电子管就是一个特殊的灯泡，不过除灯丝以外，还有几个“极”，里面的灯丝与极
3、都有连线与各自的管脚相连。最简单的电子管是二极管，它有两个极(阴极和阳极，有的灯丝还兼作阴极)，其中，阴极有发射电子的作用，阳极有接收电子的作用。二极管具有单向导电的特性，可用作整流和检波。在二极管的基础上增加一个栅极就成了电子三极管，栅极能控制电流，栅极上很小的电流变化，都会引起阳极很大的电流变化，所以，电子三极管有放大作用。5.晶体管和集成电路1)晶体管通俗地说，晶体管是半导体做的固体电子元件。像金、银、铜、铁等金属，它们导电性能好，叫做导体。木材、玻璃、陶瓷、云母等不易导电，叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，叫半导体。晶体管就是用半导体材料制成的，这类材料中最常见的便是锗和
4、硅两种。晶体管的出现是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。与电子管相比，晶体管具有诸多优越性：晶体管的构件是没有消耗的；晶体管消耗电子极少，仅为电子管的十分之一或几十分之一；晶体管不需预热，一开机就工作；晶体管结实可靠，比电子管可靠100 倍，耐冲击、耐振动。2)集成电路集成电路是一种微型电子器件或部件。采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及连线，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，便成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体。集成电路具有体积小、重量轻、引出线和焊接点少、寿命长、可靠性高、性能好等优
5、点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工用、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到了广泛的应用，同时在军事、通信、遥控等方面也得到了广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度可比晶体管提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。1.3学习方法指导第 1 章属于综述类型，是本课程的开篇。在学习本章时，主要了解电子技术的作用、功能与发展阶段及各发展阶段的特点。2第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL第 2 章二极管及其电路2.1教 学 要 求半导体二极管是模拟电路的基本构件之一，在学习电子电路之前，必须对它的结构、工作原理、特性及其应用有充分的了解。本章教学要求如下
6、。(1)理解半导体中两种载流子电子和空穴的物理意义。理解N 型和 P 型半导体的物理意义及 PN 结的形成机理。(2)熟练掌握 PN 结的单向导电性，理解PN 结的伏安特性方程的物理意义。(3)掌握半导体二极管的特性及主要参数，熟练掌握半导体二极管的模型对基本应用电路的分析。(4)掌握稳压管的特性及主要参数，以及稳压管构成的稳压电路。2.2基 本 概 念1.半导体的基本知识半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。它的导电能力与温度、光照和掺杂浓度有关。1)本征半导体硅(Si)和锗(Ge)是具有四个共价键结构的半导体材料，如图2.1 所示。纯净且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。在
7、一定的温度下，本征半导体内最重要的物理现象是本征激发(又称热激发或产生)，如图 2.2 所示。本征激发产生两种带电性质相反的载流子自由电子和空穴。温度越高，本征激发越强。图 2.1本征硅或锗的晶体结构图 2.2本征激发产生自由电子空穴对32)杂质半导体在本征硅(或锗)中掺入微量五价(或三价)元素后形成 N 型(或 P 型)杂质半导体。N 型半导体如图 2.3 所示，P 型半导体如图 2.4 所示。图 2.3N 型半导体图 2.4P 型半导体N 型(P 型)半导体产生自由电子和杂质正离子对(空穴和杂质负离子对)。由于杂质电离，N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴；而P 型半导体中的多子是空
8、穴，少子是自由电子。在常温下，多子少子。多子浓度和掺杂浓度有关，几乎等于杂质浓度，与温度无关；而少子浓度是温度的敏感函数。杂质半导体的电导率比本征半导体高很多。3)半导体中的两种电流半导体中存在因内电场作用产生的少数载流子漂移电流(这与金属导电一致)，以及因载流子浓度差而产生的多数载流子扩散电流。2.PN 结的基本知识1)PN 结在具有完整晶格的 P 型和 N 型材料的物理界面附近，会形成一个特殊的薄层PN结，如图 2.5 所示。图 2.5PN 结的形成当浓度差引起的多子的扩散运动和内电场引起的少子的漂移运动达到动态平衡时，就形成了 PN 结。4第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL2
9、)PN 结的单向导电性PN 结加正向偏置时，能形成较大的正向电流，PN 结正向电阻很小；加反向偏置时，反向饱和电流很小，PN 结呈高阻这就是 PN 结的单向导电性。3.半导体二极管普通二极管内部就是一个PN 结，P 区引出正电极，N 区引出负电极。1)二极管的伏安特性二极管的伏安特性方程为iD IS(evDVT1)。在低频下，二极管具有单向导电特性，正偏时导通；反偏时截止。IS称为反向饱和电流。2)二极管的主要参数二极管的主要参数有：最大整流电流；最大反向工作电压；反向电流IR(反向饱和电流IS)；最高工作频率。4.二极管电路的分析方法二极管是一种非线性器件，可以采用图解法和等效模型分析法。1
10、)图解法把电路分成两个部分，一部分是由二极管组成的非线性电路，另一部分则是由电源、电阻等线性元件组成的线性部分。分别画出非线性部分(二极管)的伏安特性曲线和线性部分的特性曲线，两条特性曲线的交点即为电路的工作电压和电流。2)等效模型分析法二极管的等效模型有四种：理想、恒压降、折线和微变等效模型。一般情况下，理想模型和恒压降模型用得较多。5.二极管的应用二极管广泛用于整流电路(半波整流、全波整流、桥式整流)、限幅电路(顶部限幅、底部限幅、双向限幅)、开关(嵌位)电路以及通信电路(检波器、混频器)等中。6.特殊二极管及其应用1)稳压二极管稳压二极管(简称稳压管)具有稳压作用，其稳压特性表现在反向击
11、穿的状态下。稳压管反向击穿后的曲线越陡，则稳压性能越好。当稳压管工作在正向偏置或反向偏置但未到击穿值时，则其状况相当于普通二极管。稳压管的符号、伏安特性及反向击穿时的模式如图 2.6 所示。稳压管的主要参数有：VZ稳压值；IZM最大稳定电流值；rZ动态电阻，rZ v/i；PZ额定功耗，PZVZIZM；温度系数。2)稳压管稳压电路稳压二极管具有很陡的反向击穿特性，当反向电流有很大变化时，稳压管两端的电压几乎保持不变，利用该原理可设计稳压电路。稳压管的稳压功能是靠稳压管稳压特性和限流电阻的电压调节作用相互配合来实现的。5图 2.6稳压管的符号、伏安特性及反向击穿时的模型2.3重点难点分析(1)本征
12、半导体是指完全纯净的、结构完整的半导体晶体。半导体中有两种载流子参与导电(这也是其与导体区别的一个重要特征)。自由电子与空穴的电量相等，极性相反，迁移方向相反。半导体中的载流子数目越多，导电电流就可能越大。半导体的一个重要特性就是其导电性能对温度很敏感。本征半导体的导电能力很弱(载流子浓度低)，不能满足电子电路的要求。在本征半导体中掺入微量的不同价的其他元素(杂质)，可大大提高载流子的浓度，从而改善导电性能。常在硅或锗半导体中掺入五价元素(磷、锑)形成 N 型半导体。N 型半导体中：多子为电子；少子为空穴。提供电子的杂质元素称为“施主杂质”。在硅或锗半导体中掺入三价元素(硼、铟)形成 P 型半
13、导体。P 型半导体中：多子为空穴；少子为电子。提供空穴的杂质元素称为“受主杂质”。多数载流子的浓度决定于掺杂浓度，少数载流子的浓度与温度有关。(2)PN 结是构成各种半导体器件的基础。PN 结的形成原理是：由于掺杂不同，P、N间存在多子浓度的差异(P 区的多子为空穴；N 区的多子为电子)；浓度差引起多子的扩散运动，且其在交界处产生复合，留下由于晶格化而不能运动的正负离子(不参与导电)，称为空间电荷。空间电荷区平衡时，产生的电压一般为零点几伏，又称为“接触电位差”。扩散运动继续进行，空间电荷区加宽。同时空间电荷区产生内电场(方向为正离子区指向负离子区)，其作用是阻止扩散，而使少子产生漂移运动。最
14、终达到动态平衡(这时电场力等于扩散力)，空间电荷区不再加宽。空间电荷区的几种称谓包括：耗尽层、阻挡层、势垒区。从半导体的导电角度来看，非空间电荷区呈现低电阻特性，而空间电荷区则具有阻止电流的作用，呈现高阻特性。空间电荷区越宽，电阻值越大，反之亦然。PN 结外加正向电压正向偏置时，由于是多子导电，因而外加电压的微小变化将使电流有较大的变化。结果，扩散力大于电场力由多子形成的扩散(正向)电流起主导地位，而少子形成的漂移电流可忽略不计，空间电荷区变窄，电阻变小。当外加负向电压反向偏置时，电场力大于扩散力由少子形成的漂移(反向)电流起主导地位，而多子形成的扩散电流可忽略不计，空间电荷区变宽，电阻变得很
15、大。即PN 结有单向导电特性(正偏导通，反偏截止)。当 PN 结的外加电压进一步增加时，会产生反向击穿(电击穿)，有齐纳击穿和雪崩击穿6第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL两种。电击穿具有“自愈性”(可逆性)。对硅材料而言，一般来说，外加电压大于6V 时的击穿为雪崩击穿，呈正温度系数；小于4V 时的击穿为齐纳击穿，呈负温度系数；介于4V和 6V 之间时的温度系数很小。当反向电流过大，击穿的时间较长时，PN 结的物理结构会因温度过高而遭到破坏，这种情况称为热击穿。热击穿具有不可逆性，使用中应避免。PN 结上同时存在势垒电容CB和扩散电容CD，正偏时CD起主要作用，反偏时CB起主要作用。
16、低频时因CD、CB的数值很小、容抗很大，因而其作用可忽略。而高频时，其容抗较小，对电路将产生影响，使PN 结的单向导电性变差。(3)实际的二极管伏安特性与PN 结的理想伏安特性大体相同，但稍有区别，即正向偏置要经过一个门坎电压Vth(也称为死区电压)才能开启二极管(这是因为正向偏置首先需要克服引线电阻及体电阻的存在)，如图 2.7 所示。在“死区”内，二极管呈现高阻，通常认为这时的二极管不导通。一般在定量计算时，仍可用PN 结的伏安方程来近似描述二极管。图 2.7半导体二极管伏安特性(4)由于二极管具有单向导电性，所以在一般应用场合以及误差要求不高时，二极管在电路中的工作状态可分为“导通”或者
17、“截止”。导通时管子呈现的电阻很小(理想情况下为零)，截止时管子呈现的电阻很大(理想情况下为无穷大)。判断二极管在电路中的工作状态的常用方法是：先假设二极管断开，然后求断开两端的电压，若端电压大于等于其导通电压(门坎电压)，则管子导通，反之则截止。导通后的管压降通常取一个常值。(注意：门坎电压和管压降常值根据管子材料以及二极管等效模型的不同而不同。)(5)对二极管电路的分析可采用图解法和等效模型分析法。两种方法各有不同的特点，在不同的环境下应用效果也不同，使用中应根据条件合理选用，否则会影响分析。二极管的等效模型有四种，即理想模型、恒压降模型、折线模型和微变等效模型，如图 2.8图2.11 所
18、示。一般，当电源电压远大于二极管的导通压降时，就可以利用理想模型来分析。如果考虑二极管的两端电压，则恒压降模型较好，它比理想模型更接近实际情况，因此应用比较广泛。一般在二极管电流大于1mA 时，恒压降模型的近似精度还是相当高的。如果二极管导通时的电压和正向电阻都不可忽略，应采用折线模型。这种模型可在信号变化较大时使用，更接近实际曲线，其近似程度比前两种模型都好。如果二极管在导通后只工作在某固定值 Q 的小范围内，则可采用微变等效电路，微变等效模型只适用于小信号工作情况。一般情况下，理想模型和恒压降模型用得较多。7图 2.8理想模型图 2.9恒压降模型图 2.10折线模型图 2.11微变等效模型
19、(6)稳压管工作在反向击穿区时，可输出稳定的工作电压；当稳压管工作在正向偏置或反向偏置但反向电压未到击穿值时，则其状况相当于普通二极管。设计稳压管稳压电路时，要正确选取限流电阻，使稳压管在一定的负载条件下正常工作，如图2.12 所示。图 2.12稳压管稳压电路图使输出电压不稳定的因素主要有两个，一个是 VI的变化，另一个是 RL的变化。根据稳压管的伏安特性曲线，VO的微小变化将会使流过稳压管的电流发生剧烈的变化，这时即可通过限流电阻两端电压的变化来补偿输入电压或负载的变化，从而达到稳定输出电压的目的。在工作中，当 VI和 RL变化时，为了保证稳压管正常稳压，必须保证稳压管电流 IZ在IZMIN
20、IZM的范围内。因此，必须合理选择限流电阻R。通过计算，限流电阻的取值范围为VVZVIMAXVZRIMINIOMIN IZMIOMAX IZMINR 值选得小一些，电阻上的损耗就会小一些；R 值选得大一些，电路的稳压性能就好一些。2.4学习方法指导本章的重点是二极管与稳压管的伏安特性、基本电路及其分析方法。本征半导体、杂质半导体和 PN 结等相关知识是学习二极管和稳压管的基础。在了解了半导体(本征、杂质)的基本机理后，充分掌握 PN 结是由多子的扩散运动和少8第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL子的漂移运动两者共同形成的，是一种动态平衡。PN 结具有单向导电性，二极管的工作原理主要是
21、基于 PN 结的单向导电性。对于二极管电路的分析，通常采用等效模型分析法，其关键在于正确判断电路中二极管的工作状态，在外加电压远大于导通电压时，采用理想或恒压降模型进行等效。判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态时，应掌握以下两种基本方法。(1)断开二极管，设定参考零电位点，分析电路断开点的开路电压。如果该电压能使二极管正偏，且大于二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。(2)如果电路中有多个二极管，可先利用方法(1)分别判断各个二极管两端的开路电压，开路电压高的二极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电路的约束条件，判断其他二极管的工作状态。对于稳压管应知道其工作于反向击穿区，有稳
22、定的输出电压，以及稳压管稳压电路中限流电阻的选择方法。2.5典型例题分析【例例 2.12.1】在室温(300K)条件下，若二极管的反向饱和电流为 1nA，问它的正向电流为 0.5mA 时的外加电压是多少？解解：二极管的伏安特性方程为iD IS(e可得vD0.0260.510110e1故vD 0.34V39vDVT1)，其中 VT=26mV，将已知参数带入方程，【例例 2.22.2】已知二极管电路如图 2.13 所示，试判断图中二极管是导通还是截止，并确定二极管的输出电压VO。设二极管为理想二极管。图 2.13例 2.2 的电路图解解：判断二极管在电路中的工作状态的常用方法是：先假设二极管断开，
23、然后求断开两端的电压，若两端电压大于等于其导通电压(门坎电压)，则管子导通，反之则截止。导通后的管压降通常取一个常值(即采用理想模型或恒压降模型)。在用上述方法判断的过程中，如果电路中出现多个二极管，则分析时要用到“优先导通”和“箝位”的概念。对于含有多个二极管的电路，首先求出假设各二极管均断开时的阳极和阴极电位；再比较各二9极管阳极对阴极的电位差，电位差为正且较高的二极管优先导通(即其他二极管来不及导通时，它已导通)，然后再决定其他二极管的状态，如果阳极对阴极电位为负值，则二极管截止；最后计算各处电压、电流。在图 2.13(a)所示的电路中，只有一个二极管，假设其断开，回路中没有电流存在；那
24、么二极管 VD 两端承受的电压为10V 5V 5V。二极管接入后处于正向偏置，故二极管工作在导通状态，VO 5V。在图 2.13(b)所示的电路中，有多个二极管，首先将VD1和VD2断开，得到两个管子承受的电压分别是：VD1为9V；VD2为9V(6V)15V；二极管VD2承受的正向电压高于VD1的正向电压，所以VD2优先导通；由于VD2优先导通，所以VD2的阳极箝位于6V，此时VD1因承受反向电压而反向截止。故VO 6V。【例例 2.32.3】假设在图2.14中，二极管是理想的，试画出在vi 5sin(t)V 作用下的vo波形。图 2.14例 2.3 的电路图解解：图 2.14 所示的电路为二
25、极管双向限幅电路，分析该题的关键是判断二极管的工作状态。在vi的正半周，当viV1时，VD1的阳极电位高于阴极电位，VD1导通，此时vo被限定为V1；在vi的负半周，当viV2时，VD2的阳极电位高于阴极电位，VD2导通，vo此时被限定为V2；在vi的其他时间间隔内，VD1和VD2均因被施加反向电压而截止，所以vo的波形始终与vi的波形相同。【例例 2.42.4】电路如图 2.15 所示，二极管为硅管，输入信号vi10sin(t)mV，VCC10V，电容器 C 对交流信号的容抗可忽略不计，试计算输出电压vo的交流分量。图 2.15例 2.4 的电路图10第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 V
26、HDL解解：当二极管电路中同时存在较大的直流电源和微变的交流信号时，应该先假设交流信号为零，采用二极管的恒压降模型计算出流过二极管的直流电路，然后再利用二极管的微变等效模型分析计算其交流分量，即先做直流分析再做交流分析。当交流信号为 0，电容器 C 开路时，流过二极管的直流电流为100.7IDA 1.82mA5.1103此时，可估算出二极管的动态电阻为26mV26rd 14.3ID1.82在进行交流分析时，令直流电源和电容器短路，二极管可用交流等效电阻代替。电路等效为如图 2.16 所示的电路，由图 2.16 可求出输出电压的交流分量为14.3vovi 3.6sin(t)mV14.3 25图
27、2.16图 2.15 的交流等效电路图【例例 2.52.5】电路如图2.17 所示，若稳压管的稳定电压为12V，最大稳定电流为20mA，输入电压为30V，限流电阻为1.5k，负载电阻为2k，试求：(1)流过稳压管的电流；(2)负载开路时，流过稳压管的电流；(3)输入电压由30V变化到35V时，流过稳压管的电流。图 2.17例 2.5 的电路图解解：此电路为并联稳压电路。(1)当输入电压为 30V 时，因为输入电压在限流电阻和负载电阻之间分压，可得负载电阻上的电压为 30(2/(2+1.5)17V，大于稳压管稳定工作电压 12V，所以稳压管可以正常工作为反向击穿区，输出稳定的电压，有VOVZ12
28、VIO12V/2k 6mAIR(VIVO)/R (3012)V/1.5k 12mAIZ IR IO 6mA(2)如果负载开路，流过稳压管的电流即为限流电阻上的电流，IZ为12mA。11(3)如果输入电压由 30V 变化到 35V，有VOVZ12VIO12V/2k 6mAIR(VIVO)/R (3512)V/1.5k 15.3mA流过稳压管的电流为IZ IR IO 9.3mA【例例 2.62.6】已知两只硅稳压管DZ1和DZ2的稳压值分别为 5V 和 10V，请求出图 2.18 中几种连接电路的端电压。已知稳压管的正向压降为0.7V。图 2.18例 2.6 的电路图解解：图 2.18 所示的 4
29、 个电路图为稳压管的串联和并联电路。图 2.18(a)中，输入电压大于 1.4V，两个稳压管均处于正向导通状态，有VO1VZ1VZ2 0.7V 0.7V 1.4V图 2.18(b)中，输入电压大于 20V，即两个稳压管均反向击穿，有VO2VZ1VZ210V 5V 15V图 2.18(c)中，两只稳压管并联，VZ1VZ2，所以在DZ1反向击穿后，VZ1 5V，DZ2截止，所以VO3 5V。图 2.18(d)中，两只稳压管并联，DZ2正向导通后，DZ1截止，所以VO4 0.7V。2.6习 题 详 解1在 T=300K 时，某硅管和锗管的反向饱和电流分别是0.05A和10A。两管按图2.19 所示的
30、方式串联，且回路中电流为1mA。试用二极管伏安特性方程估算两管的端电压。解解：两管已充分导通，故伏安关系为iD IS(e可得vDVTlniD，VT 26mV(T=300K)ISvDVT1)，由此VGeVTln1000 0.1197V101000VSiVTln 0.2575V0.05图 2.19习题 1 的电路图12第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL2在 T=300K 时，对于某二极管，利用PN 结伏安方程作以下估算。(1)若反向饱和电流IS 0.01A，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
31、向电压均为 0.05V，求正向电流与反向电流比值的绝对值。0.1解解：(1)V=0.1V 时，I0.0261 0.01(e1)A 0.458A0.2V=0.2V 时，I0.0262 0.01(e1)A 21.9A0.3V=0.3V 时，I0.0263 0.01(e1)A 1.026mAV(2)按题意，有0.9I0.026S IS(e1)解得V (0.026ln0.1)V 0.06V(3)Ie0.05 0.0261I0.05 0.026 6.84e13写出如图 2.20 所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压VD为 0.7V。图 2.20习题 3 的电路图解解：先假设图中所有二极管均断开，分别
32、求解二极管两端的承受压降。(1)因为二极管两端压降为2V，二极管正向导通，VO1=2-0.7=1.3V。(2)因为二极管两端压降为-2V，二极管反向截止，VO2=0V。(3)因为二极管两端压降为4V，二极管正向导通，VO3=0.7-2V=-1.3V。(4)因为二极管两端压降为-4V，二极管反向截止，VO4=2V。(5)因为二极管两端压降为4V，二极管正向导通，VO5=-0.7+2=1.3V。(6)因为二极管两端压降为-4V，二极管反向截止，VO6=-2V。4试分析图 2.21 所示的电路中的二极管VD 的状态(导通还是截止)。解解：去掉二极管，以接地点(设为 O)为参考点，则V25AO18 2
33、1025510 3.5(V)V10BO14010151(V)因为VBOVAO，所以二极管反偏截止。135试判断图 2.22 所示的电路中的二极管 VD1和 VD2是导通状态还是截止状态。设二极管的正向导通压降为 0.7V。解解：首先将 VD1和 VD2断开，求得两管将承受的电压值分别为：VD1管VOA12V；VD2管VBA12V 5V 7V。因为 VD1两端承受的正向压降大，所以 VD1导通，又因为VD1导通，所以 A 点电位被箝位于-0.7V，故VBA 5V(0.7V)4.3V，使 VD2截止。结论：VD1导通，VD2截止。图 2.21习题 4 的电路图图 2.22习题 5 的电路图6电路如
34、图 2.23 所示，二极管导通电压 VD=0.7V，常温下 VT26mV；电容 C 对交流信号可视为短路；vi为正弦波，有效值为 10mV。试问二极管中流过的交流电流有效值为多少?图 2.23习题 6 的电路图解解：二极管的直流电流ID(V VD)/R 2.41mA其动态电阻rdVT/ID 26mV/2.41mA 11故动态电流有效值iD vi/rd1mA7电路如图 2.24 所示，假设二极管是理想开关，试画出图示并联型双向限幅器的输出电压vo的波形。图中vi是振幅为 12V 的正弦电压。并试总结要使vo的上限幅电压为VMAX和下限幅电压为VMIN的电路的构成原则以及对输入电压的要求。解解：(
35、1)因为 VD1支路上的 VD1有 6V 反偏，所以，vi 6V时，VD1不导通。因为 VD2支路上的 VD2有 6V 反偏，所以，vi 6V时，VD2不导通。因此，6V vi 6V时，VD1、VD2均不导通，此时，vo vi。图 2.24习题 7 的电路图14第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL当vi 6V时，VD1导通，vo 6V。当vi 6V时，VD2导通，vo 6V。vo的波形如图 2.25 所示。(2)电路构成原则。要求VMAXVMIN，两电压均可正负。对vi的要求为ViMAXViMAX，VIMINVMIN。8电路如图 2.26(a)所示，其输入电压 vI1和 vI2的波形
36、如图 2.26(b)所示，二极管导通电压 VD为 0.7V。试画出输出电压vO的波形，并标出幅值。图 2.25习题 7 的解图图 2.26习题 8 的电路图和输入波形图解：vO的波形如图 2.27 所示。9在图 2.28 所示的电路中，vi是振幅为 10V 的低频正弦电压，二极管视为恒压降器件(正向导通电压为 0.7V)。试画出vo的波形。图 2.27习题 8 的解图图 2.28习题 9 的电路图方法一：因为二极管在回路中有2V 正偏，且其导通电压为0.7V，所以，当vi 1.3V时，VD 导通，vo 0.7 vi 2 1.3 vi；当vi 1.3V 时，VD 截止，vo 0。方法二：vAB
37、vi 2，vAB 0.7V 时，VD 导通，vo vAB0.7。vAB 0.7V 时，VD 截止，vo 0。15vo的波形如图 2.29 所示。10由稳压管 2DW12D 构成的稳压电路如图 2.30 所示。已知 2DW12D 的参数为：VZ 9V，IZMIN 2mA，PZMAX 250mW。输入直流电压VI的变化范围为 1215V，负载电阻RL1。试正确选取限流电阻R 的值，并要求RL开路时不会烧管。解解：当VI12V且接上负载时，IZ应不小于 2mA，即1299129 2，R R129所以R 0.273k。当VI15V且RL开路时，DZ管耗最大。此时，管耗应小于250mW，即P15-9IZ
38、MAXZMAX 27.78mA，27.78VZR15-9所以R 0.216k。27.78因此，应选取216 R 273，例如 R 可取 240。图 2.29习题 9 的解图图 2.30习题 10 的电路图11在图 2.31 所示的电路中，低频正弦电压vi15sin(t)V，Si 稳压管VZ8V。试画出稳压管两端的电压vo的波形。解解：viVZ8V 时，DZ击穿，vo8V。vi VON 0.7V 时，DZ导通，vo 0.7V。VON viVZ时，DZ截止，vo vi。vo的波形图如图 2.32 所示。图 2.31习题 11 的电路图图 2.32习题 11 的解图16第 1 章FPGA 及其硬件描
39、述语言 VHDL12分析图2.33 所示的二极管箝位电路，画出输出电压vo的近似波形。图中vi是振幅为 5V 的正弦电压。试总结要使vo的底部电压箝位于VMIN和顶部电压箝位于VMAX的原则以及对输入电压的要求，设二极管为理想。解解：因为二极管 VD 上有 3V 反偏，故当vi 3V 后，VD 导通，C 被快充电至(vi峰值时)2V。之后vC 2V，使vi波形下降 2V，即vo顶部被箝位在 3V。vo波形如图 2.34 所示。图 2.33习题 12 的电路图图 2.34习题 12 的解图该电路属于顶部箝位电路，VMAX可正可负。将 VD 反向则为底部箝位电路，VMIN可正可负。对vi的要求：V
40、iMAXVMAX，ViMINVMIN。13图 2.35 所示为串联型二极管双向限幅电路。假设 VD1和 VD2为理想开关，试画出vO对vI的电压关系曲线。解解：状态1：VD1、VD2均截止。此时vB10V，vC 40V。因为vC vB，所以 VD2不能截止，故此状态不存在。状态 2：VD1导通，VD2截止。此时vC 40V，但要求vB 40V，所以vI 40V。4010100状态 3：VD1截止，VD2导通。此时vO但要求vI vB，V 20V vC vB，50100所以vI 20V。状态 4：VD1、VD2均导通。由状态2 和状态 3 可知，20 vI 40V 时 VD1、VD2均导通，故此
41、时vO vI。由上述分析可画出vO对vI的关系曲线如图 2.36 所示。图 2.35习题 13 的电路图图 2.36习题 13 的解图1714硅稳压管 2CW15 的VZ 8V，2CW17 的VZ10V，正向导通电压为 0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，则可得到几种稳压值？各为多少？(2)若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？解：(1)两只稳压管串联时可得18V、8.7V、10.7V和 1.4V四种稳压值，如图2.37所示。(2)两只稳压管并联时可得0.7V 和 8V 两种稳压值，如图 2.38 所示。图 2.37习题 14(1)的解图图 2.38习题 14(2)的解图15在图
42、 2.39(a)所示电路中，稳压管DZ1和 DZ2的稳压值分别为VZ1 5V，VZ2 7V，正向压降为 0.7V，输入电压 vI的波形如图 2.39(b)所示，试画出 vO的波形。图 2.39习题 15 的电路及波形图18第 1 章FPGA 及其硬件描述语言 VHDL解解：当0 vI10V 时，经两个电阻分压，vR vI2 5V，DZ1和 DZ2均反向截止，当vI10V 时，R 上分压所得电压大于 5V，使 DZ1反向击穿，vO箝位在 5V，vO vR vI2；DZ1仍是反向截止；同理当1.4 vI 0时，|vR|vI2|0.7V，DZ1和 DZ2均反向截止，vO vR vI2；当vI 1.4V 时，|vR|vI2|0.7V，DZ1和 DZ2均正向导通，vO 0.7V。vO的波形如图 2.40 所示。16在图 2.41 所示的电路中，发光二极管导通电压 VD1.8V，正向电流在 515mA时才能正常工作。试问：(1)开关 S 在什么位置时发光二极管才能发光？(2)R 的取值范围是多少？解解：(1)发光二极管正向导通时，才发光，所以S 应闭合。(2)R 的范围为RMIN(V VD)/IDMAX 213RVMAX(VD)/IDMIN 640图 2.40习题 15 的解图图 2.41习题 16 的电路图19