关于二极管输出波形的两个简单问题，求解答！_百度知道
关于二极管输出波形的两个简单问题，求解答！
上面两个的，有一点细节不明白，才学做了不是很肯定，求正解!!
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负半周时二极管导通。第一个图，正弦波电压正半周时二极管截止，输出电压为0,，输入的正弦波电压得以输出，故输出为只有负半波的正弦半波电压，故输入的正弦波电压得以输出，故输出电压为0。此类问题也可以用二极管正向导通时等效为0值电阻输入为正弦波电压、反向截止时等效为阻值无穷大值的电阻；负半周时二极管导通，结合电阻串联分压来解释，总之输出为只有正半波的正弦半波电压，其上电压降为0。第二个图，正弦波电压正半周时二极管亦截止，电阻无电流无压降
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二极管电路如下图所示，二极管的导通电压UD（on)=0.7v，试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO。
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提问人：匿名网友
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二极管电路如下图所示，二极管的导通电压UD(on)=0.7v，试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压UO。&
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1下图(a)所示电路中，设ui=1.5sinωt(V)，二极管具有理想特性，试分别画出开关S处于A、B、C时输出电压uO的波形。&2二极管电路及二极管伏安特性曲线如下图所示，R分别为2kΩ、500Ω，试用图解法求ID、UD。&3下图(a)所示电路中，设二极管导通电压UD(on)=0.7V，ui=5sinωt(mV)，C对交流的容抗近似为零，试求二极管两端的交流电压ud和流过二极管的交流电流id。&4稳压二极管稳压电路如下图所示，稳压二极管的参数为UZ=8.5V，IZ=5mA，PZM=250mW，输入电压UI=20V&
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单项选择题 图（a）电路中，已知输入电压ui=10sin&tV，二极管为理想管，则输出电压u0的波形（1）电路为（）。
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最新相关试卷导读：微电子技术尹继武等:二极管电路的频域分析，摘要:分别利用二极管伏安特性的折线模型和指数曲线模型,借助Mathematica，结果表明,余弦电压经二极管电路后输出信号的频谱分布完全由输入电压的幅值决定,与输，实验观测到的波形和对应频谱图与上述分析结果一致，二极管作为一种最基本的非线性器件,在各种频率变换电路中的应用十分广泛,如检波、混，极管电路进行全面详尽的频域分析,对于其非线性应用有着重要的理微电子技术尹继武等:二极管电路的频域分析二极管电路的频域分析尹继武1,孙彦清1,梁　锋2,龙姝明1,卢　超1(1.陕西理工学院　陕西汉中　.陕西省城固师范学校　陕西城固　723200)摘　要:分别利用二极管伏安特性的折线模型和指数曲线模型,借助Mathematica5.0软件编写出频谱分析程序,并通过求解超越方程的数值解,对二极管非线性电路进行了深入的频域分析。结果表明,余弦电压经二极管电路后输出信号的频谱分布完全由输入电压的幅值决定,与输入信号频率f无关。输入电压的幅值较小时,除基波f外,输出信号中将会产生2f,3f,4f,5f,…等所有高阶频率成分;但随着输入电压幅值逐渐增大,3f,5f,…等奇次谐波相对幅值快速减小,除基波f外,输出信号中主要包含2f,4f,6f,…等偶次谐波成分。实验观测到的波形和对应频谱图与上述分析结果一致。同时指出了文献中的错误。关键词:二极管;频域;频谱;超越方程中图分类号:TN773.2;TN711.4　　　文献标识码:B　　　文章编号:07)1616003FrequencyDomainAnalysisofDiodeCircuitYINJiwu1,SUNYanqing1,LIANGFeng2,LONGShuming1,LUChao1(1.ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,.ChengguTeacherTrainingSchool,Chenggu,723200,China)Abstract:Usingthediodevoltage-currentcharacteristicbrokenlinemodelandtheexponentialcurvemodelwiththeaidofMathematica5.0software,andsolvingthetranscendentalequation′snumericalsolution,thediodenonlinearcircuitisana-lysedindetailinfrequencydomain.Asaresult,outputsignal′sspectrastructureiscompletelydecidedbytheinputvoltageU.Spectrastructureisindependentofinputsignal′sfrequencyf.Besidesthefundamentalwave,outputsignalaswellincludeallhigherharmonic2f,3f,4f,5f,…etc.Therelativevalueofoddharmonic3f,5f,…fastreducewiththeincreasingofinputvoltage,andBesidesthefundamentalwave,outputsignalmainlyincludeevenharmonic2f,4f,6f,…etc.Theexperimentalob-servationcorrespondwithaboveanalysis.Anerrorofreferencedocumentationispointedoutandcorrected.Keywords:transcendentalequation1　引　言二极管作为一种最基本的非线性器件,在各种频率变换电路中的应用十分广泛,如检波、混频和倍频等。对二极管电路进行全面详尽的频域分析,对于其非线性应用有着重要的理论指导和现实意义。也正是由于二极管的非线性特性,传统的分析计算方法多侧重于时域分析[1-3],频域分析则由于涉及超越方程而非常困难。本文充分利用计算机强大的运算能力,借助专门软件,不仅能进行时域分析,还可以很好地完成频域分析。基本电路如图1(a)所示,R为纯电阻(一般情形下,如检波、混频和倍频电路中,负载是一个谐振回路,但谐振状态呈阻性),设输入ui=Ucosωt,电阻上输出电压uo和二极管两端电压uD满足:uo=iRuD+uo=ui收稿日期:20070116　　由于二极管的非线性,输入余弦信号后,输出信号中将会产生新的频率成分,本文将通过二极管的2种伏安特性模型来对此电路进行频域分析。图1　二极管电路及二极管伏安特性模型(1)2　依据二极管的大信号折线伏安特性模型分析二极管折线模型的伏安特性如图1(b)所示,设二极基金项目:陕西省教育厅科学研究计划资助项目(06JK326)160《现代电子技术》2007年第16期总第255期管正向导通门限电压为Uon,加反向电压时PN结电容对低频信号的影响完全可以忽略[4],反向截止电流为0。输入信号ui=Ucosωt,只有ui>Uon时才导通,否则二极管截止,负载电阻R上电压为:uo=Ucosωt-Uon0ui≥Uonui<Uon(2)压ui的关系为:　　集成电路　t-iR/Ui=I0(eUcosω-1)T(8)式(8)是超越方程,无法直接求解。借助Mathematica软件的数值运算功能[5],可求此方程的数值解:1i=-I0+[0.026ProductLog(38.46I0 RRe38.46I0　　当ωt=±θ时,ui=Uon,二极管处于临界导通,θ为导通角。由式(2)得导通角满足:cosθ=Uon/U　　由式(3)得Uon=Ucosθ,代入式(2)得:uo=U(cosωt-cosθ)ui≥Uon0ui<Uon(4)(3)R+38.46Ucosωt)](9)其中ProductLog[z]表示超越方程w(z)ew(z)=z的解,此方程又称为朗伯特(Lambert)方程。对上述二极管电路,设R=1kΨ,硅二极管反向饱和漏电流约为I0=10-9A数量级,则输出电压为:uo=-10-6+0.026ProductLog[0. e公式为:1Un=π0..46Ucosωt](10)　　将式(4)做傅里叶分析可得uo的第n次谐波电压的幅值Un为:Un=U1πθ　　二极管电路输出电压uo的傅里叶级数展开系数计算∫-θ[(cosωt-cosθ)cosnωt]dωt;(5)∫π1uocos(nωt)d(ωt)=-ππ∫-ππ(-10-6+cosωt0.026ProductLog[0...46Ucos(nωt)dωt;　　n=1,2,3…])(11)　　　　　　n=1,2,3,…[5]　　式(5)的计算过程较繁琐,但借助Mathematica软件的代数运算功能,可以很方便地得到:U1=Un=θ-cosθsinθUπ2ncosθsinθ-2cosθsinnθU;　n=2,3,…3nπ-nπ(6)　　从式(6)和式(3)看出,谐波电压的幅值Un取决于导通角θ,而θ完全由二极管的门限电压Uon和输入信号幅值U之比决定,与输入信号的频率无关,有关文献[6]中,得到的在超低频段“压降角”随信号频率而变化的结论是错误的。借助Mathematica软件,参照相关文献的频谱分析方法[7]　　上式的Un就是输出信号中n次谐波振幅。可以看出,谐波振幅Un由输入电压幅值U决定。由于涉及朗伯特方程,无法求式(11)的代数解,这里借助Mathematica软件求出式(11)的数值解,并参照文献[7]中的频谱分析方法,对其做了频谱分析,图3给出了波形图及相应频谱图。波形图中纵轴和横轴的含义同图2。频谱图中给出了n=1,2,…,8时对应的谱线。4　实验观测实验条件:用DS5022M数字示波器做波形观测及电压测量,示波器的快速傅里叶变换(FFT)功能可用作频谱仪使用。测试电路如图1(a),R=1kΨ,D为常见的1N4148硅二极管。输入为1kHz的单频余弦信号,峰值U分别为0.5V,1.0V,2.0V和10V时,观测到的波形和对应频谱图与指数曲线模型分析结果很好吻合(频谱分析采用Hamming窗),证明上述分析正确。实验同时发现,当测试信号频率从0.3Hz到10kHz范围内任意选取时(示波器采用“直接耦合”),频谱分布完全由输入电压幅值决定,与信号频率无关,证明文献[6]的结论有误。,编写出适用于此问题的频谱分析程序,该程序段能根据式(4)的输出电压uo的表达式自动做出波形图和对应频谱图。输入电压幅值U不同时,对应的输出波形及相应频谱图如图2所示。波形图中纵轴为电压,单位为V,横轴为瞬时相位,单位为π。取Uon=0.5V,频谱图中给出了n=1,2,…,8时对应的谱线。3　依据二极管的非线性指数函数伏安特性模型分析指数曲线模型如图1(c),依据二极管特性方程:i=I0(euD5　结　语(7)(1)对含有超越方程的式(8)～式(11)借助Math-ematica软件进行了数值求解,并做了频谱分析,该方法能给出直观的频谱图。(2)以上针对二极管两种伏安特性模型的计算结果,/UT-1)　　UT=kT/q为温度电压当量,k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,q为电子电量,常温下UT=26mV,I0为二极管反向饱和漏电流。并由式(1)可得二极管电流i与输入电161微电子技术尹继武等:二极管电路的频域分析谐波相对幅值为U1/U=0.5,U2/U=U6/U=谐波。(3)余弦电压经二极管电路后输出信号的频谱由输入电压的幅值决定,与输入信号频率无关(对高频信号要考虑结电容)。注意,任何情形下对基波和二、三次谐波而言,其幅值都是随谐波次数升高而单调递减的。但在电压较小负载阻抗较大时,不仅存在高阶奇次谐波,还可能出现高阶奇次谐波幅度大于低阶偶次谐波幅度的情形,甚至部分偶次谐波幅度为零,证明文献[6]的结论有误。(4)实验结果表明,从频谱分析的角度看,小信号的频域分析采用指数函数伏安特性模型与实验结果更吻合,而大信号时2种模型的分析结果趋于一致,且均能很好地与实验结果吻合。22,U4/U=,3π15π当输入电压U较大时,式(6)和式(11)的理论极限与余弦电压经理想二极管整流后半波信号频谱完全吻合,即:各2,除基波外,无3,5,7…等奇次35π图2　二极管电路的电压波形及对应的频谱图(折线模型)参　考　文　献[1]古健,刘长军,闫丽萍,等.大信号射频二极管的时域模拟初步分析[J].信息与电子工程,):310-313.[2]徐振宇,钱澄.阶跃恢复二极管倍频器的设计[J].电子器件,):125-127.[3]赵清泉.浅谈二极管开关特性电路的频率变换[J].鄂州大学学报,):8-10.[4]茅卫红,侯清润,陈宜保,等.PN结对交流信号相位的影响[J].物理实验,):6-8.[5]龙姝明,朱杰武,孙彦清,等.数学物理方法&Mathematica[M].西安:陕西人民教育出版社,2002.[6]陈志贤,赵隆韶.在超低频的低频段正弦半波频谱的异常分布[J].大学物理,):29-31.[7]尹继武,龙姝明.基于Mathematica程序的正弦阶梯波频谱分析[J].四川师范大学学报:自然科学版,):376-378.[8]张华,宋智,车仁信.PSpice仿真软件在半导体二极管教学实践中的应用[J].现代电图3　二极管电路的电压波形及对应的频谱图(指数模型)子技术,):28-29,32.作者简介　尹继武　男,1967年出生,陕西勉县人,副教授,硕士。主要从事电子技术教学与研究工作。162包含总结汇报、办公文档、教程攻略、IT计算机、文档下载、旅游景点以及二极管电路的频域分析_尹继武等内容。
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