D·06

第三组:两个二极管

两个二极管就有 4 种组合(ON/ON、ON/OFF、OFF/ON、OFF/OFF)。方法不变:猜一个组合,算,每个二极管都要检查。先凭直觉猜最可能的那个,通常一两次就对。

第 8 题

谁的电压高听谁的

+ − v1 + − v2 D1 D2 10 kΩ vo

(a) v1=5v_1 = 5 V,v2=2v_2 = 2 V,求 vov_o 和两个二极管的状态。

(b) v1=0v_1 = 0,v2=4v_2 = 4 V 呢?

(c) 用一句话说出 vov_o 和 v1,v2v_1, v_2 的关系。

提示

两个 cathode 都接在 vov_o 上。猜电压高的那个 ON:它导通后 vov_o 等于多少?另一个的 anode 和 cathode 谁高?

看解答

(a) 猜 D₁ ON、D₂ OFF。D₁ 是导线,vo=v1=5v_o = v_1 = 5 V,D₁ 电流 = 10 kΩ 的电流 =5/10k=0.5= 5/10\text{k} = 0.5 mA ≥0\ge 0,通过。D₂:anode 2 V,cathode 5 V,anode 不比 cathode 高,OFF 通过。vo=5v_o = 5 V。

(b) 反过来,D₂ ON、D₁ OFF,vo=4v_o = 4 V。检查:D₂ 电流 0.4 mA ≥0\ge 0;D₁ anode 0 V ≤\le cathode 4 V。

(c) vov_o 等于两个输入里大的那个(只要它是正的)。数字电路里这叫"或门 (OR gate)"。

第 9 题

串起来的两个二极管

+ − 6 V 3 kΩ D1 D2 (a) D₂ 尖朝下
+ − 6 V 3 kΩ D1 D2 (b) D₂ 尖朝上

回路里有 6 V、3 kΩ 和两个串联的二极管。两种接法下的回路电流分别是多少?

提示

串联就是同一个电流要先后穿过两个二极管。沿着回路走一圈,看两个三角形的尖是不是都朝同一个绕行方向。

看解答

(a) 电池想推顺时针:向右过 D₁(尖朝右,同向),向下过 D₂(尖朝下,同向)。两个都 ON,都是导线,i=6/3k=2i = 6/3\text{k} = 2 mA。

(b) D₂ 尖朝上,顺时针电流过不去;逆时针又过不了 D₁。两个方向都被挡住,i=0i = 0。这叫"背靠背 (back-to-back)",至少有一个是 OFF,电流一定为 0。

第 10 题

一个节点,两个出口

+ − 10 V 1 kΩ D1 + − 2 V D2 + − 6 V A

D₁ 的 cathode 接 2 V,D₂ 的 cathode 接 6 V,两个 anode 都在节点 A。哪个导通?求 vAv_A 和流过导通那个的电流。

提示

如果两个都 ON,A 要同时等于 2 V 和 6 V,不可能。哪个 cathode 更低,电流就更"愿意"往哪走。

看解答

把 4 种组合都过一遍:

猜算出来检查
都 OFFvA=10v_A = 10 V两个 anode 都比 cathode 高,矛盾
都 ONvAv_A 既是 2 V 又是 6 V不可能
D₁ OFF,D₂ ONvA=6v_A = 6 VD₁ 的 anode 6 V > cathode 2 V,矛盾
D₁ ON,D₂ OFFvA=2v_A = 2 V,i=(10−2)/1k=8i = (10-2)/1\text{k} = 8 mAD₁ 电流 8 mA ≥0\ge 0;D₂ anode 2 V ≤\le 6 V。通过

答案:D₁ ON,D₂ OFF,vA=2v_A = 2 V,D₁ 电流 8 mA。cathode 电压最低的那个先导通,并把节点钉住,其他的就被反偏关掉了。

第 11 题

上下都削:双向限幅

+ − vin 1 kΩ D1 + − 3 V D2 + − 2 V vout

D₁ 的 anode 在输出线上,cathode 接 3 V 电池 + 端。D₂ 的 cathode 在输出线上,anode 接在一个 2 V 电池的 − 端(这个电池 + 端接地)。求 voutv_{out} 随 vinv_{in} 的变化,并画图。

提示

先找两个固定电压:D₁ 的 cathode 是 3 V;D₂ 的 anode 是 −2 V(电池 + 端接地,− 端比地低 2 V)。再按 vinv_{in} 分三段:很大、中间、很负。

看解答

两个都假设 OFF:vout=vinv_{out} = v_{in}。检查 D₁ 要 vin≤3v_{in} \le 3,检查 D₂ 要 −2≤vin-2 \le v_{in}。所以 −2≤vin≤3-2 \le v_{in} \le 3 时两个都 OFF,vout=vinv_{out} = v_{in}。

vin>3v_{in} > 3 V:D₁ ON,vout=3v_{out} = 3 V,电流 (vin−3)/1k>0(v_{in}-3)/1\text{k} > 0 流进 D₁,通过;D₂ anode −2 V ≤\le cathode 3 V,OFF 通过。

vin<−2v_{in} < -2 V:D₂ ON,vout=−2v_{out} = -2 V,电流从 −2 V 那头向上流过 D₂、再向左流过电阻,顺着 D₂ 的三角形,通过;D₁ anode −2 V ≤\le cathode 3 V,OFF 通过。

-4 -2 0 2 4 -4 -2 0 2 4 6 vout (−2, −2) (3, 3)
横轴 vinv_{in},纵轴 voutv_{out}。中间一段斜率 1,两头被削平在 3 V 和 −2 V。