1篇1章习题解答浙大版集成电路课后答案

第一章半导体二极管及其电路分析题1.1.1已知二极管2AP9的伏安特性如图题1.1.1（a）所示。（1）若将其按正向接法直接与1.5V电池相连，估计会出现什么问题？（2）若将其按反向接法直接与30V电源相连，又会出现什么问题？（3）分析二极管、稳压管在电路中常常与限流电阻相连的必要性。（4）画出两只2AP9二极管[图题1.1.1（a）]在：同向串联、反向串联、同向并联、反向并联四种情况下的合成伏安特性曲线。图题1.1.1解：(1)烧杯二极管；(2)反向击穿；(3)串联电阻可以限制流过二极管或稳压管的电流超过规定值，使二极管或稳压管安全；(4)同相串联：其正反相的电压分别增加反相串联略去正向压降后都是反向特性；同相并联时：其特性如同一只管子特性反相并联时：两边都是正向特性。题1.1.2当用万用表电阻档测量二极管[参见图题1.1.1（b）]，分析：（1）所测得的电阻值是二极管的直流电阻还是动态（微变）电阻？（2）设万用表内电池电压为1.5V，R×10Ω档的内阻Riˊ为240Ω，R×100Ω档的内阻Riˊ=2.4kΩ。试用图解分析法估算：a）用R×10Ω档测得的正向电阻值；b）用R×100Ω档测得的正向电阻值。从概念上说明，为什么用不同电阻档测得的二极管正向电阻相差悬殊？解：(1)是二极管的直流电阻。(2)在二极管的特性曲线坐标上，作出两条负载线，负载线和特性曲线的交点求得VD和ID，然后求出这二档的电阻。负载线方程分别为：VD=1.5-0.24ID(R×10Ω档)VD=1.5-2.4ID(R×100Ω档)所以用R×10Ω档测得的二极管正向电阻值为76mA7.4V36.0DDDIVR用R×100Ω档测得的二极管正向电阻值为500mA5.0V25.0DDDIVR由于万用表不同档的内阻不同，使流过二极管的电流相差较大，从而不同档时，测得二极管的正向电阻相差悬珠。题1.1.3二极管的伏安特性曲线如图题1.1.3所示。（1）二极管承受的反向电压VRM为多少？（2）若温度升高20°C，则二极管的反向电流IS应为多大？（3）当温度升高20°C时，定性画出变化后的伏安特性曲线。图题1.1.3图1.1.3解：(1)由图可知，二极管承受的反向电压VRM规定为实际击穿电压VB的一半，即VRM=40V；(2)在反偏的条件下，温度每增加10℃时，IS约增加1倍，所以温度增加20℃时，反向饱和电流IS约增加到原来的4倍，所以IS＝4A。(3)当温度升高时的伏安特性曲线如图1.1.3所示。题1.1.4二极管的正向伏安特性曲线如图题1.1.4所示，室温下测得二极管中的电流为20mA。试确定二极管的直流电阻RD和动态电阻rd的大小。图题1.1.4解：求出ID=20mA时的VD，然后可求得直流电阻RD。5.3320mAV67.0DDDIVR在过ID=20mA处，作一条切线，求切线斜率，可求得动态电阻rd。3.110mA-30mAV026.0DDdivr题1.1.5分析图题1.1.5电路中，各二极管是导通还是截止？并求出A、O两端的电压VAO（设D为理想二极管）。图题1.1.5解：根据二极管的单向导电性得：图(a)电路：D1截止，VAO=-12V；图(b)电路：D1导电，D2截止，输出VAO=0V；图(c)电路：D1截止，D2截止，输出VAO=-9V。题1.1.6二极管接成图题1.1.6所示的电路，分析在下述条件下各二极管的通断情况。（1）VCC1=6V，VCC2=6V，R1=2kΩ，R2=3kΩ（2）VCC1=6V，VCC2=6V，R1=R2=3kΩ（3）VCC1=6V，VCC2=6V，R1=3kΩ，R2=2kΩ设二极管D的导通压降VD=0.7V，求出D导通时电流ID的大小。解：(1)D导电，ID≈0.42mA；(2)D截止，ID≈0mA；(3)D截止，IＤ=0mA。题1.1.7图题1.1.7所示为桥式整流电路，设二极管为理想器件，变压器的原、副边绕组匝数比为n=N1/N2=11，变压器损耗不计，v1=V1msinωt=220sin2100πtV。试回答下列问题：（1）画出v2、vO和vD的波形；（2）求负载RL上的直流电压VO和直流电流IO；（3）求二极管的平均电流ID和最大反向电压VRM。图题1.1.7解：(1)波形如图1.1.7所示。图题1.1.6图1.1.7(2)负载上直流电压VO≈0.9×V2＝0.9×20V＝18V，直流电流IO≈18mA；(3)ID=IO/2≈9mA，VRM≈28.2V。题1.1.8图题1.1.8电路中，设vi=12sinωtV，分别画出iD、vD和vO的波形（要求时间坐标对齐），并将二极管电流iD的峰值和其所承受的反向峰值标于图中（假定D为理想二极管）。图题1.1.8解：波形如图1.1.8所示。图1.1.8题1.1.9图题1.1.9（a）所示电路中，D1、D2为硅管，导通压降VD均为0.7V，图题1.1.9（b）为输入vA、vB的波形，试画出vO的波形。图题1.1.9解：该图是一个与门电路，其波形如下：题1.1.10图题1.1.9电路中，输入端vA、vB如按下述各种方法连接：（1）vA接+2V，vB接+5V；（2）vA接+2V，vB接-2V；（3）vA悬空，vB接+5V；（4）vA经3kΩ电阻接地，vB悬空。试确定相应的输出vO=？。解：(1)vO=2.7V；(2)vO=-1.3V；(3)vO=5.7V；(4)vO=6.28V。题1.1.11稳压值为7.5V和8.5V的两只稳压管串联使用时，可得到几种不同的稳压值？各为多少伏？设稳压管正向导通压降为0.7V。解：可得到四种稳压值，16V，8.2V，9.2V，1.4V。题1.1.12稳压管接成图题1.1.12所示电路。已知稳压管的稳压值为6V，在下述4种情况下：（1）VI=12V，R1=4KΩ，R2=8kΩ；（2）VI=12V，R1=4KΩ，R2=4kΩ；（3）VI=24V，R1=4KΩ，R2=2kΩ；（4）VI=24V，R1=4KΩ，R2=1kΩ。试确定输出电压VO的值。解：(1)VO=6V(2)VO=6V(3)VO=6V图题1.1.12(4)VO=48V题1.1.13图题1.1.13所示电路中，设vI=（3+10sinωt）V，稳压管Dz1和Dz2的反向击穿电压分别为VZ1=5V，VZ2=7V，正向压降为0.7V。试画出iZ和vO的波形（要求时间坐标对齐）。图题1.1.13解：波形如图1.1.13所示。(a)(b)图1.1.13题1.1.14图题1.1.14所示电路中，稳压管2CW16具有下列特性：稳定电压9伏，耗散功率允许值250mW，稳压管电流小于1mA时不能稳压，且动态电阻不大于20Ω。试按电路中的参数计算：（1）当RL=1kΩ时，电流IR、IZ、IL的大小；（2）当电源电压VI变化±20%时，VO最多变化几伏？（3）稳压管在VI和RL变化至何值时功耗最大？其值是否已超过允许值？（V的变化范围不超过±20%，RL可任意变化。）（4）按照图中的参数，分析该电路在IL大于何值时将失去稳压能力？图题1.1.14解：(1)6.21510920RImA，9k1V9LImA，IZ=12.6mA。(2)15.0)V4()k1//20(510k1//20OVV(3)当V变化+20%和RL→∞时稳压管的功耗最大。PZ(max)＝2659510924mWPZ，超过允许值。(4)当IL＞ILmax=20.6mA时，失去稳压能力。题1.1.15势垒电容和扩散电容的物理意义是什么？在正向或反向偏置条件下，应分别考虑哪一种电容效应为主？这些电容和一般的电容相比有什么特点？若将一般的整流二极管用作高频整流或高速开关，会出现什么问题？解：势垒电容的物理本质是PN结在偏置情况发生变化时，结区内空间荷层的变化需要时间；而扩散电容则表示PN结区外非平衡载流子的变化需要时间。PN结在正偏条件下应重点考虑扩散电容的影响；在反偏条件下应考虑垫垒电容的影响。势垒电容和扩散电容的特点是电容量大小都随外加电压而变化，所以都属于非线性电容。一般的整流二极管由于结电容效应，不能用作高频整流或高速开关。随着工作频率的提高，一般的二极管甚至会失去二极管的基本特性――单向导电性，即在反向电压作用下不能关断，不仅使电路不能正常工作，而且还会引起二极管的损耗剧增。