第2章习题答案

习题2.1.1如图2.01所示的各电路中，E=5V，ui=10sinωtV，不计二极管的正向压降，试分别画出输出电压uo的波形。（a）（b）（c）（d）图2.01习题2.1.1的图2.1.1解：分析如下：（a）电路中，ui＞E时，二级管导通，uO=E；ui≤E时，二极管截止，uO=ui。（b）电路中，ui≥E时，二级管截止，uO=E；ui＜E时，二极管导通，uO=ui。（c）电路中，ui＜E时，二级管导通，uO=E；ui≥E时，二极管截止，uO=ui。（d）电路中，ui≤E时，二级管截止，uO=E；ui＞E时，二极管导通，uO=ui。所以，图2.01(a)、(b)所示电路的输出波形如题解图1（a）所示，图2.01(c)、(d)所示电路的输出波形如题解图1（b）所示。题解图12.1.2二极管电路如图2.02所示，试判断图中的二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压VAO。设二极管是理想的。图2.02习题2.1.2的图2.1.3在图2.03中，求下列几种情况下输出端Y的电位VY及各元件（R，DA，DB）中通过的电流：（1）VA=VB=0V；（2）VA=+3V，VB=0V；（3）VA=VB=+3V。二极管的正向压降可忽略不计。图2.03习题2.1.3的图解：各元器件电流和各点电位如题解图2所示。（1）DA，DB均导通，VY被钳位在0V。各元器件电流如下：mAIIImAmAIRBAR54.12108.39.312=====（2）DB导通，VY被钳位在0V，DA因反偏而截止，各元器件电流如下：mAIIImAmAIRBAR08.3008.39.312=====（3）DA，DB均导通，VY被钳位在3V。各元器件电流如下：mAIIImAmAIRBAR15.12130.29.3312====−=题解图22.2.1在图2.04中，E=20V，R1=900Ω，R2=1100Ω。稳压管DZ的稳定电压UZ=10V，最大稳定电流IZM=8mA。试求稳压二极管中通过的电流IZ，是否超过IZM？如果超过，怎么办？图2.04习题2.2.1的图解：稳压二极管电流可由下式求的ZMZZZImAAARURUEI==−−=−−=2002.0)1100109001020(21如果ZI超过ZMI,将导致稳压二极管发热严重而损坏，适当增加限流电阻1R可以解决这一问题。2.3.1有一电压为110V，电阻为55Ω的直流负载，采用单相桥式整流电路（不带滤波器）供电，试求变压器二次绕组电压和电流的有效值，并选用二极管。解：（1）变压器二次侧电压和电流的有效值VVUUo2.1229.01009.0≈==LooRUII11.111.1==AA22.25511011.1=×=（2）选择二极管每只二极管通过的平均电流为AARUIILooD155110212121=×===每只二极管承受的最高反向电压为VVUURM3.1722.12222=×==查手册选用2CA55E型二极管2.3.2试分析下如图2.05所示的变压器二次绕组有中心抽头的单相整流电路，二次绕组两段的电压有效值各为U：（1）试分析在交流电压的正半周和负半周时电流的通路，并标出负载电阻RL上电压uo和滤波极性电容器C的极性；（2）分别画出无滤波电容器和有滤波电容器两种情况下负载电阻上电压uo的波形，是全波还是半波整流？（3）如无滤波电容器，负载整流电压的平均值Uo和变压器二次绕组每段的有效值U之间的数值关系如何？如有滤波电容，则又如何？（4）分别说明有滤波电容器和无滤波电容器两种情况下截止二极管上所承受的最高反向电压URM是否都等于U22。（5）如果整流二极管D2虚焊，Uo是否是正常情况下的一半？如果变压器二次侧中心抽头虚焊，这时有输出电压吗？（6）如果把D2的极性接反，是否能正常工作？会出现什么问题？（7）如果D2因过载损坏造成短路，还会出现什么其他问题？（8）如果输出端短路，又将出现什么问题？（9）如果把图中的D1和D2都反接，是否仍有整流作用？所不同者是什么？图2.05习题2.3.2的图解：这是单相全波整流电路，分析如下：（1）交流电压正半周时，电流的通路为交流电压负半周时，电流的通路为RL上电压uo的极性和电容器C的极性，如图2.05-2所示。（2）该电路是全波整流。无电容滤波和有电容滤两种情况下，负载电阻RL上电压uo的波形分别如题解图12.05-1(a)和（b）所示。（3）无电容滤波时，整流电压平均值Uo与二次绕组每段电压有效值U之间的关系是Uo=0.9U；有电容滤波时，Uo与U之间的关系是Uo=1.2U。（4）有滤波电容器和无滤波电容器两种情况下，截止二极管所承受的最高反向电压URM的数值可分别由题解图2.05-2(a)和(b)看出。在图(a)中，当电源电压为正半周时，二极管D1导通，由于它的钳位作用，点2的电位与点1相同，于是2u的电源电压反向加在D2上，D2截止。当电源为负半周时，情况相反，D2导通，D1截止。截止管的最高反向电压UUUmRM222==题解图2.05-1在图(b)中，当电源电压为正半周时，D1导通，同样，由于它的钳位作用，点2的电位与点1相同，2u的电源电压反向加在D2上，D2截止。当电源为负半周时，情况相反，D2导通，D1截止。截止管的最高反向电压UUUmRM222==。题解图12.05-2所以，有滤波电容器和无滤波电容器两种情况下，截止二极管所承受的最高反向电压URM都等于U22。（5）这里的两种虚焊，对整流电路的影响如下：①如果整流二极管D2虚焊，则整流电路为半波整流，此时若无电容滤波，整流电压平均值Uo=0.45U，是正常情况的一半；若有电容滤波，UUo2.121×≠，不是正常情况的一半。②如果变压器二次侧的中心抽头，则整流电路的整流部分与负载部分不通，Uo=0，这时没有输出电压。（6）如果把D2极性接反，由图18.05可以看出，电源正半周时，电源被D1和D2短路，后果是电源和两只二极管将被烧毁；电源负半周时，两只二极管均截止，负载RL上无整流电压。所以，把D2的极性接反，电路不能正常工作。（7）如果D2因过载损坏而短路，那么电压正半周时，和上一种情况一样，电源仍被D1和D2（此时D2相当于一段导线）短路；电源负半周时，变压器二次侧一半电压（下段u）直接与负载相通，虽然电容C仍有滤波作用，但整个电路却不能正常工作了。（8）如果输出端短路（即负载端短路），出现的问题是：电源正半周时，D1短路，后果是电源和D1被烧毁；电源负半周时，D2短路，后果是电源和D2被烧毁。（9）如果将D1和D2都反接，电路仍然是单相全波整流电路，但输出电压的极性相反。滤波电容的极性也要相反。2.3.3今要求负载电压UO=30V，负载电流IO=150mA。采用单相桥式整流电路，带电容滤波器。已知交流频率为50Hz，试计算整流二极管和滤波电容器的参数，并与单相半波整流电路比较，带电容滤波器后，管子承受的最高反向电压是否相同？解：（1）选择整流二极管二极管的平均电流mAmAIIoD751502121=×==二极管承受的最高反向电压因为Uo=1.2UVVUUo252.1302.1===所以VVUURM25.352522=×==可选用IOM=100mA，URM=100V的2CZ52C型二极管。（2）选择滤波电容器为了得到比较平直的输出电压，按下式选取滤波电容25TCRL×=即LLLRfRRTC50252525×===式中Ω=Ω×==−20010150303ooLIUR所以FFCμ2502005025=××=可选用容量为250μF，耐压为50V的极性电容器。（3）比较若采用单相半波整流电路，带电容滤波器后，整流电压平均值按Uo=U计算，变压器二次侧电压U=Uo=30V。因此，有电容滤波时二极管承受的最高反向电压为VVUURM6.84302222=×==所以，有电容滤波的单相桥式整流电路与有电容滤波的单相半波整流电路相比，二极管承受的最高反向电压是不相同的，前者比后者小。2.3.4稳压二极管稳压电路如图2.06所示，已知u=28.2sinωtV，稳压二极管的稳压值UZ=6V，RL=2kΩ，R=1.2kΩ。试求：(1)S1断开，S2合上时的IO、IR和IZ。(2)S1和S2均合上时的IO、IR和IZ，并说明R=0和DZ接反两种情况下电路能否起稳压作用。图2.06习题2.3.4的图解：在图18.07中，除交流电源和负载外，还含有单相桥式整流电路、电容滤波电路和稳压二极管稳压电路这三个环节。电压VUVttu20,sin220sin2.28===ωω。（1）S1断开，S2合上时的Io、IR和IZ。此时电路是由单相桥式整流电路和稳压二极管稳压电路构成。VVUUI18209.09.0=×==VUUZO6==mAARUILOO310263=×==mAARUURUIOIRR10102.16183=×−=−==mAmAIIIORZ7)310(=−=−=（2）S1和S2均合上时的IO、IR和IZ；R=0和Dz接反两种情况下电路能否起稳压作用。此时电路是由单相桥式整流电路、电容滤波电路和稳压二极管稳压电路构成。VVUUI24202.12.1=×==VUUZO6==mAARUILOO310263=×==mAARUUIOIR15102.16243=×−=−=mAmAIIIORZ12)315(=−=−=说明：①R=0，电路没有稳压作用。因为稳压二极管DZ只有与R配合（R是调整电阻）才能产生稳压作用。如果R=0，Dz与RL并联，不能稳定电压U。而且，UI直接加在DZ上，会DZ反向击穿。②如果将Dz接反，DZ此时只相当于一只普通的二极管，不但没有稳压作用，还将负载RL短路。2.3.5如图2.07所示电路中，试求输出电压UO的可调范围是多少？图2.07习题2.3.5的图解：（1）稳压器W7805的输出电压为UXX=5V（2）运算放大器（在这里是电压跟随器）的同相输入电压U+和输出电压oU′分别为OPURRRRRU2122+++′=+式中2R′为电位器RP滑动端以下的部分电阻。OPoURRRRRUU2122+++′=′+（3）输出电压Uo的可调范围有如下关系式OXXoUUU==′oXXOPUUURRRRR=++++′2122XXOPoUURRRRRU=+++′−212253.31.53.33.32=+++′−OoURU5)7.113.31(2=+′−RUo24.85.58RUo′−=当2R′=0时VVUo96.64.85.58==当Ω=′kR1.52时VVUo73.171.54.85.58=−=所以，输出电压Uo的可调范围是6.96～17.73V。2.3.6某稳压电源如图2.08所示，试问：（1）输出电压Uo的极性和大小如何？（2）电容器C1和C2的极性如何？它们的耐压应选多少？（3）负载电阻RL的最小值约为多少？（4）如将稳压管DZ接反，后果如何？（5）如R=0，又将如何？图2.08习题2.3.6的图解（1）UO的极性和大小由整流桥所标注的整流电流流向和稳压二极管DZ的接法可知，电压UO的极性为下正上负。UO的大小为UO=UZ=15V（2）C1和C2的极性和耐压C1和C2的下端均为+。C1耐压为362V，C1和C2的耐压均可取50V。（3）RL的最小值π形滤波器的输入电压为VVUUI2.43362.12.1=×==流过电阻R的电流为mAARUUIOIR75.11104.2152.433=×−=−=IR等于稳压管电流和负载电流之和（C2对直流可视为开路），即RZLIII=+为使稳压管在IZ（最小的稳压电流值）情况下工作，应增大负载电流，故ILmax+IZ=IRILmax=IR－IZ查教材附录C中的2CW60，IZ=5Ma，IZM=19mAILmax==(11.75-5)mA=6.75mA所以Ω=Ω==kkIURLol2.275.615maxmin（4）Dz接反的后果如果将Dz接反，它就相当于普通二极管，在滤波电压Uz作用下正向导通。①通过Dz的电流为mAmAARUII1918104.22.433=×==稳压管Dz不至于损坏。②通过整流桥二级管的电