第5章 半导体二极管及直流稳压电源
习 题 4
5.1 电路如图5.1所示，R =1k Ω，测得U D =5V ，试问二极管VD 是否良好（设外电路无虚焊）？
解：内部PN 结或电极已开路，D 已损坏。
5.2 电路如图5.2所示。已知直流电源的端电压U =5V ，测得I =1m A ，若将直流电源的电压U 提高到10V ，试问这时的I 是等于、大于还是小于2m A ？
解：由于二极管是非线性元件，当U 增大时，I 将大于2mA 5.2
图5.1 习题5.1电路图 图5.2 习题5.2电路图
5.3 分析判断图5.3所示各电路中二极管是导通还是截止，并计算电压U ab ，设图中的二极管都是理想的。
解：（a ）断开VD ，U D =5+5=10V>0，VD 导通 ，U ab =-5V ； （b ）断开VD ，U D =1-
22
⨯5=-1V ，VD 截止 U ab =⨯5=2V ； 2+32+3
（c ）断开VD 1 VD 2，U D1=12V, U D2=-5+12=7V ，所以VD 优先导通，
U D1=-5V ，VD 2截止，U ab =0V；
(d) ）断开VD 1 VD 2，U D1=12V, U D2=12+5=17V 所以 VD 2优先导通，
U D1=-5V VD 1截止，U ab =-5V
图5.3 习题5.3电路图
5.4 一个无标记的二极管，分别用a 和b 表示其两只引脚，利用模拟万用表测量其电阻。当红表笔接a ，黑表笔接b 时，测得电阻值为500Ω。当红表笔接b ，黑表笔接a 时，测得电阻值为100k Ω。问哪一端是二极管阳极?
解：b 端是阳极
5.5 用指针式万用表的不同量程测同一只二极管的正向电阻值，其测试结果不一样，为什么？
解：因为二极管的正向特性是非线性的，外加不同电压，直流电阻不同，万用表量程不同，加在二极管上的电压不同。
5.6 二极管电路如图5.4(a)所示，设输入电压u i (t ) 波形如图5.4(b)所示，在0
图5.4 习题5.6电路图
解：u i (t ) =2t ，断开VD ，
u D =u i -6，当u D >0时，VD 导通，即t >3s ，u o =
u i -6
⨯0.2+6=3+t
0.2+0.2
当u D
u o (t
)
t/ms
5.7 电路如图5.5所示，二极管导通电压U D(on)约为0.7V ，试分别估算开关断开和闭合时输出电压U O 的数值。
图5.5 习题5.7电路图
解：S 断开：断开VD ，U D =5V 。所以VD 导通，U o =5-0.7=4.3V S 闭合：断开VD ，U D =5-12=-7V ，所以VD 截止，U o =12V
5.8 图5.6所示电路中的二极管为理想的，试画出输出电压u o 的波形。设u i =6sin ωt (V)。
图5.6 习题5.8电路图
解：（a ）断开VD ，u D =u i -2=-7V
⎧>0,VD 导通，即u i >2V, u o =u i
⎨
⎩2V, u o =2V
u o /(a)
（b ）断开VD 1 VD 2，u D1=4-u i , u D2=u i -3
所以u i >3V 时，u D10 VD 1截止，VD 2导通，u o =3V
-4V 0，u D2
u o /(b)
5.9 在图5.4.2（a ）所示电路中，已知输出电压平均值U o(AV)=9V ，负载R L =100Ω。（
1）输入电压的有效值为多少？（2）设电网电压波动范围为±10%。选择二极管时，其最大整流平均电流I F 和最高反向工作电压U R 的下限值约为多少？ 解：半波整流，
U I =
U O(AV)0.45
=20(V)，I O(AV)=U O(AV)=90(mA)
R L
I D =I o(AV)=90(mA)，I F =1.1I D =
99(mA) U R =1.1I =31.1(V)
5.10 在图5.7所示的电路中，电源u i =100sin ωt (V)，R L =1K Ω，二极管为是理想二极管。求：（1）R L 两端的电压平均值；（2）流过R L 的电流平均值；（3）选择二极管时，其最大整流平均电流I F 和最高反向工作电压U R 为多少？
图5.7 习题5.10电路图
解：全波整流，
U O(AV)=0.9U i =0.9=63.6(V)，I O(AV)=U O(AV)=63.6(mA)
R L
1
I F =I D(AV)=I O(AV)=
31.82(mA)
2U R I =100(V)
5.11 全波整流电路如图5.8
所示，u 21=-u 22=2sin ωt ，变压器和二极管均为理想元器件。（1）画出输出电流i o 、输出电压u o 和二极管电压u D 的波形；（2）设U 2为已知，求直流分量U o(AV)、I o(AV)和二极管的平均电流I D(AV)、承受的反向电压峰值U D(RM)。
图5.8 习题5.11电路图
解：U O(AV)
=0.9U 2，I O(AV)=0.9⨯U 2
R L
U 1
I D(AV)=I O(AV)=
0.452
2R L
U R =2
u o
i
5.12 在桥式整流电容滤波电路中，已知R L =120Ω，U o(AV)=30V ，交流电源频率f =50Hz 。选择整流二极管，并确定滤波电容的容量和耐压值。
解：U I =
U O(AV)1.2
=25(V)，U D(RM)=I =38.9(V)
130
I F =1.1⨯I D(AV)=1.1⨯⨯I D(AV)=1.1⨯=137.5(mA)
22⨯120
0.040.04T 1C ===333.3μF R L C =4⨯=2=0. 04s
，
R L 120250
5.13 已知稳压管的稳压值U Z =6V ，稳定电流的最小值I Z min =4mA 。求图5.9所示电路中U O 1和U
O 2。
+o 1
-
+U o 2
-
(a )
图5.9 习题5.13电路图
(b )
解：（a ）断开Dz ，U DZ =
R L
⨯10=8(V)>U Z
R +R L
假设D Z 稳压，I Z =
10-U Z U Z
-=8-3=5(mA ) >I Zmin ，所以D Z 处于稳压状态，U O1=6(V) R R L
R L
⨯10=5(V)
R +R L
（b ））断开Dz ，U DZ =
所以D Z 处于截止状态，U O2
=5(V)
5.14 图5.10中各电路的稳压管VD Z1和VD Z2的稳定电压值分别为8V 和12V ，稳压管正向导通电压U DZ =0.7V，最小稳定电流是5mA 。试判断VD Z1和VD Z2的工作状态并求各个电路的输出电压U ab 。
图5.10 习题5.14电路图
解：（a ）假设VD z1处于反向击穿状态，VD z2正向导通，I Z
=
40-8.7
=15.65(mA)>5(mA) 2
所以VD z1处于稳压状态，VD z2处于正向导通状态U ab
=8.7(V)
（b ））假设VD z1处于反向击穿状态，VD z2处于反向截止I Z =
40-8
=16(mA)>5(mA) 2
所以VD z1处于稳压状态，VD z2处于反向截止状态U ab
=8(V)
5.15 在图5.11中，u i =16sin ωt (V)，所有稳压管均为特性相同的硅稳压管，且稳定电压U Z =8V。试画出u o1和u o2的波形。
图5.11 习题5.15电路图
8V ）⎧u i >8V, VDZ 反向击穿, 处于稳压状态，u o1=（
⎪
解：（a ）断开VD Z ，u Dz =u i ⎨-0.7V
⎪u
Z o1⎩i
8u o1/V
（b ）u i >8.7V 时，， VD Z1导通，VD Z2稳压，u o2=8.7V
-8.7V
u o2/V
5.16 在下面几种情况下，可选用什么型号的三端集成稳压器？
（1）U o = + 12V，R L 最小值为15Ω； （2）U o = + 6V，最大负载电流I Lmax = 300mA; （3）U o = －15V ，输出电流范围I o 为10~80mA。 解：（1）I o =
12
=800(mA)，所以选7812 15
（2）选78M06 （3）选78L15
5.17 电路如图5.12所示，三端集成稳压器静态电流I W = 6mA, Rw 为电位器，为了得到10V 的输出电压，试问应将R' W 调到多大？
图5.12 习题5.17电路图
解：U o =U 23+(
U 235'
+I W ) ⨯R W =5+(+6)⨯R ' W =10V R 10.3
'
所以 R W =220(Ω)
5.18 利用W7805获得输出电压可调的稳压电源如图5.13所示，试求输出电压U o 的表达式，并计算它的可调范围。 解：U +=得：U O =
'
R 4+R p
R 3+R p +R 4
⨯U o ，U -=U o -
R 1
⨯U 23
R 1+R 2
R 3+R P +R 4R 1
⨯U 23， ''
R 1+R 2R 3+R P
所以 U Omax =
U Omin =
R 3+R P +R 4R 1⨯U 23=22.5(V)
R 3R 1+R 2R 3+R P +R 4R 1
⨯U 23=5.625(V)
R 3+R P R 1+R 2
图5.13 习题5.18电路图
5.19 电路如图5.14所示：（1）求电路负载电流I O 的表达式；（2）设输入电压为U I =24V ，W7805输入端和输出端间的电压最小值为3V ，I O I W ， R =50Ω。求出电
路负载电阻R L 的最大值。
L
图5.14 习题5.19电路图
解：I O =
U 23U
+I W ，U O =I O R L ≈23⨯R L ≤(24-3) -U 23=16(V) R R
所以R L ≤160(Ω)
5.20 已知三端可调式集成稳压器W117的基准电压U REF =1.25V，调整端电流I W =50μ A，用它组成的稳压电路如图5.15所示。（1）若I 1=100I W ，忽略I W 对U o 的影响，要得到5V 的输出电压，则R 1和R 2应选取多大；（2）若R 2改为0～2.5k Ω的可变电阻，求输出电压U o 的可调范围。
图5.15 习题5.20电路图
解：（1）U O =I 1⨯(R 1+R 2) =5，U REF =I 1⨯R 1，
所以：R 1=250(Ω), R 2=750(Ω)
（2）R 2=0 2.5(KΩ) ，U O =1.25+I 1⨯R 2=1.25+5⨯R 2，
所以：U O =1.25 13.75(V)
第5章 半导体二极管及直流稳压电源
习 题 4
5.1 电路如图5.1所示，R =1k Ω，测得U D =5V ，试问二极管VD 是否良好（设外电路无虚焊）？
解：内部PN 结或电极已开路，D 已损坏。
5.2 电路如图5.2所示。已知直流电源的端电压U =5V ，测得I =1m A ，若将直流电源的电压U 提高到10V ，试问这时的I 是等于、大于还是小于2m A ？
解：由于二极管是非线性元件，当U 增大时，I 将大于2mA 5.2
图5.1 习题5.1电路图 图5.2 习题5.2电路图
5.3 分析判断图5.3所示各电路中二极管是导通还是截止，并计算电压U ab ，设图中的二极管都是理想的。
解：（a ）断开VD ，U D =5+5=10V>0，VD 导通 ，U ab =-5V ； （b ）断开VD ，U D =1-
22
⨯5=-1V ，VD 截止 U ab =⨯5=2V ； 2+32+3
（c ）断开VD 1 VD 2，U D1=12V, U D2=-5+12=7V ，所以VD 优先导通，
U D1=-5V ，VD 2截止，U ab =0V；
(d) ）断开VD 1 VD 2，U D1=12V, U D2=12+5=17V 所以 VD 2优先导通，
U D1=-5V VD 1截止，U ab =-5V
图5.3 习题5.3电路图
5.4 一个无标记的二极管，分别用a 和b 表示其两只引脚，利用模拟万用表测量其电阻。当红表笔接a ，黑表笔接b 时，测得电阻值为500Ω。当红表笔接b ，黑表笔接a 时，测得电阻值为100k Ω。问哪一端是二极管阳极?
解：b 端是阳极
5.5 用指针式万用表的不同量程测同一只二极管的正向电阻值，其测试结果不一样，为什么？
解：因为二极管的正向特性是非线性的，外加不同电压，直流电阻不同，万用表量程不同，加在二极管上的电压不同。
5.6 二极管电路如图5.4(a)所示，设输入电压u i (t ) 波形如图5.4(b)所示，在0
图5.4 习题5.6电路图
解：u i (t ) =2t ，断开VD ，
u D =u i -6，当u D >0时，VD 导通，即t >3s ，u o =
u i -6
⨯0.2+6=3+t
0.2+0.2
当u D
u o (t
)
t/ms
5.7 电路如图5.5所示，二极管导通电压U D(on)约为0.7V ，试分别估算开关断开和闭合时输出电压U O 的数值。
图5.5 习题5.7电路图
解：S 断开：断开VD ，U D =5V 。所以VD 导通，U o =5-0.7=4.3V S 闭合：断开VD ，U D =5-12=-7V ，所以VD 截止，U o =12V
5.8 图5.6所示电路中的二极管为理想的，试画出输出电压u o 的波形。设u i =6sin ωt (V)。
图5.6 习题5.8电路图
解：（a ）断开VD ，u D =u i -2=-7V
⎧>0,VD 导通，即u i >2V, u o =u i
⎨
⎩2V, u o =2V
u o /(a)
（b ）断开VD 1 VD 2，u D1=4-u i , u D2=u i -3
所以u i >3V 时，u D10 VD 1截止，VD 2导通，u o =3V
-4V 0，u D2
u o /(b)
5.9 在图5.4.2（a ）所示电路中，已知输出电压平均值U o(AV)=9V ，负载R L =100Ω。（
1）输入电压的有效值为多少？（2）设电网电压波动范围为±10%。选择二极管时，其最大整流平均电流I F 和最高反向工作电压U R 的下限值约为多少？ 解：半波整流，
U I =
U O(AV)0.45
=20(V)，I O(AV)=U O(AV)=90(mA)
R L
I D =I o(AV)=90(mA)，I F =1.1I D =
99(mA) U R =1.1I =31.1(V)
5.10 在图5.7所示的电路中，电源u i =100sin ωt (V)，R L =1K Ω，二极管为是理想二极管。求：（1）R L 两端的电压平均值；（2）流过R L 的电流平均值；（3）选择二极管时，其最大整流平均电流I F 和最高反向工作电压U R 为多少？
图5.7 习题5.10电路图
解：全波整流，
U O(AV)=0.9U i =0.9=63.6(V)，I O(AV)=U O(AV)=63.6(mA)
R L
1
I F =I D(AV)=I O(AV)=
31.82(mA)
2U R I =100(V)
5.11 全波整流电路如图5.8
所示，u 21=-u 22=2sin ωt ，变压器和二极管均为理想元器件。（1）画出输出电流i o 、输出电压u o 和二极管电压u D 的波形；（2）设U 2为已知，求直流分量U o(AV)、I o(AV)和二极管的平均电流I D(AV)、承受的反向电压峰值U D(RM)。
图5.8 习题5.11电路图
解：U O(AV)
=0.9U 2，I O(AV)=0.9⨯U 2
R L
U 1
I D(AV)=I O(AV)=
0.452
2R L
U R =2
u o
i
5.12 在桥式整流电容滤波电路中，已知R L =120Ω，U o(AV)=30V ，交流电源频率f =50Hz 。选择整流二极管，并确定滤波电容的容量和耐压值。
解：U I =
U O(AV)1.2
=25(V)，U D(RM)=I =38.9(V)
130
I F =1.1⨯I D(AV)=1.1⨯⨯I D(AV)=1.1⨯=137.5(mA)
22⨯120
0.040.04T 1C ===333.3μF R L C =4⨯=2=0. 04s
，
R L 120250
5.13 已知稳压管的稳压值U Z =6V ，稳定电流的最小值I Z min =4mA 。求图5.9所示电路中U O 1和U
O 2。
+o 1
-
+U o 2
-
(a )
图5.9 习题5.13电路图
(b )
解：（a ）断开Dz ，U DZ =
R L
⨯10=8(V)>U Z
R +R L
假设D Z 稳压，I Z =
10-U Z U Z
-=8-3=5(mA ) >I Zmin ，所以D Z 处于稳压状态，U O1=6(V) R R L
R L
⨯10=5(V)
R +R L
（b ））断开Dz ，U DZ =
所以D Z 处于截止状态，U O2
=5(V)
5.14 图5.10中各电路的稳压管VD Z1和VD Z2的稳定电压值分别为8V 和12V ，稳压管正向导通电压U DZ =0.7V，最小稳定电流是5mA 。试判断VD Z1和VD Z2的工作状态并求各个电路的输出电压U ab 。
图5.10 习题5.14电路图
解：（a ）假设VD z1处于反向击穿状态，VD z2正向导通，I Z
=
40-8.7
=15.65(mA)>5(mA) 2
所以VD z1处于稳压状态，VD z2处于正向导通状态U ab
=8.7(V)
（b ））假设VD z1处于反向击穿状态，VD z2处于反向截止I Z =
40-8
=16(mA)>5(mA) 2
所以VD z1处于稳压状态，VD z2处于反向截止状态U ab
=8(V)
5.15 在图5.11中，u i =16sin ωt (V)，所有稳压管均为特性相同的硅稳压管，且稳定电压U Z =8V。试画出u o1和u o2的波形。
图5.11 习题5.15电路图
8V ）⎧u i >8V, VDZ 反向击穿, 处于稳压状态，u o1=（
⎪
解：（a ）断开VD Z ，u Dz =u i ⎨-0.7V
⎪u
Z o1⎩i
8u o1/V
（b ）u i >8.7V 时，， VD Z1导通，VD Z2稳压，u o2=8.7V
-8.7V
u o2/V
5.16 在下面几种情况下，可选用什么型号的三端集成稳压器？
（1）U o = + 12V，R L 最小值为15Ω； （2）U o = + 6V，最大负载电流I Lmax = 300mA; （3）U o = －15V ，输出电流范围I o 为10~80mA。 解：（1）I o =
12
=800(mA)，所以选7812 15
（2）选78M06 （3）选78L15
5.17 电路如图5.12所示，三端集成稳压器静态电流I W = 6mA, Rw 为电位器，为了得到10V 的输出电压，试问应将R' W 调到多大？
图5.12 习题5.17电路图
解：U o =U 23+(
U 235'
+I W ) ⨯R W =5+(+6)⨯R ' W =10V R 10.3
'
所以 R W =220(Ω)
5.18 利用W7805获得输出电压可调的稳压电源如图5.13所示，试求输出电压U o 的表达式，并计算它的可调范围。 解：U +=得：U O =
'
R 4+R p
R 3+R p +R 4
⨯U o ，U -=U o -
R 1
⨯U 23
R 1+R 2
R 3+R P +R 4R 1
⨯U 23， ''
R 1+R 2R 3+R P
所以 U Omax =
U Omin =
R 3+R P +R 4R 1⨯U 23=22.5(V)
R 3R 1+R 2R 3+R P +R 4R 1
⨯U 23=5.625(V)
R 3+R P R 1+R 2
图5.13 习题5.18电路图
5.19 电路如图5.14所示：（1）求电路负载电流I O 的表达式；（2）设输入电压为U I =24V ，W7805输入端和输出端间的电压最小值为3V ，I O I W ， R =50Ω。求出电
路负载电阻R L 的最大值。
L
图5.14 习题5.19电路图
解：I O =
U 23U
+I W ，U O =I O R L ≈23⨯R L ≤(24-3) -U 23=16(V) R R
所以R L ≤160(Ω)
5.20 已知三端可调式集成稳压器W117的基准电压U REF =1.25V，调整端电流I W =50μ A，用它组成的稳压电路如图5.15所示。（1）若I 1=100I W ，忽略I W 对U o 的影响，要得到5V 的输出电压，则R 1和R 2应选取多大；（2）若R 2改为0～2.5k Ω的可变电阻，求输出电压U o 的可调范围。
图5.15 习题5.20电路图
解：（1）U O =I 1⨯(R 1+R 2) =5，U REF =I 1⨯R 1，
所以：R 1=250(Ω), R 2=750(Ω)
（2）R 2=0 2.5(KΩ) ，U O =1.25+I 1⨯R 2=1.25+5⨯R 2，
所以：U O =1.25 13.75(V)