二极管电路分析.ppt

3 4二极管的基本电路及其分析方法 在电子技术中 二极管电路得到广泛的应用 本节重点介绍采用简化模型 分析几种基本的二极管电路 3 4 1简单二极管电路的图解分析方法二极管是一种非线性器件 因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法 相对来说比较复杂 因而图解分析发则较简单 但是前提条件是已知二极管的V I特性曲线 例 二极管电路如图 a 所示 设二极管的V I特性曲线如图 b 所示 已知电源vDD和电阻R 求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 静态工作点Q VD ID 解 a b 1 二极管V I特性的建模 1 理想模型 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 在正向偏置时 其管压降为0 而当二极管处于反相偏置时 认为它的电阻为无穷大 电流为零 a 伏安特性 b 电路符号 1 二极管V I特性的建模 2 恒压降模型 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 当二极管导通后 其管压降认为是恒定的 且不随电流而变 典型值为0 7V 硅管 1 二极管V I特性的建模 3 折线模型 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 为了较真实地描述二极管V I特性 在恒压降模型的基础上 做一定的修正 即认为二极管的管压降不是恒定的 而是随着通过二极管电流的增加而增加 所以在模型中用一个电池的电压选定为二极管的门坎电压Vth约为0 5V 硅管 4 小信号模型 3 4 2二极管电路的简化模型分析方法 在图中串联一个交流信号源 当 电路处于静态工作状态 静态工作点Q VD ID 当 工作点将在和之间移动 二极管电压和电流变化为和 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下 T 300K 由上看出 在交流小信号的作用小 工作电沿V I特性曲线 在静态工作点Q附近小范围被变化 此时可把二极管V I特性近似为以Q点为切点的一条直线 斜率的倒数就是小信号模型的微变电阻 如图 二极管 死区电压 0 5V 正向压降 0 7V 硅二极管 理想二极管 死区电压 0 正向压降 0 二极管的应用举例1 二极管半波整流 利用二极管的单项导电性 二极管的应用是主要利用它的单向导电性 主要应用于整流 限幅 保护等等 2 应用举例 例1 二极管基本点路如图所示 已知Vs为正弦波 利用二极管理想模型 绘出Vo的波形 二极管半波整流 1 整流电路 解 由于Vs的值有正有负 当Vs为正半周时 二极管正向偏置 此时二极管导通 Vo Vs 当Vs为负半周时 二极管反向偏置 此时二极管截止 Vo 0 该电路称为半波整流电路 正弦波信号原来是双方向的 现在经过二极管这个电路输出变成单方向的 而且这个电方向取的是输入一半的波形 所以叫做半波整流电路 这个电路有什么用处 这是后面要介绍的直流稳压电源里面的一部分电路 我们知道直流电源输入都是220V 要变成直流第一步就要把双方向的变成单方向的 这就是整流的过程 2 二极管的静态工作情况分析 理想模型 恒压模型 硅二极管典型值 折线模型 硅二极管典型值 设 3 限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时 输出电压随输入电压相应变化 而当输入电压超出该范围时 输出电压保持不变 这就是限幅电路 通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平 当输入电压高于限幅电平时 输出电压保持不变的限幅称为上限幅 当输入电压低于限幅电平时 输出电压保持不变的限幅称为下限幅 并联二极管上限幅电路 限幅电路如图所示 改变 值就可改变限幅电平 V 限幅电平为 V u 时二极管导通 uo V 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 ui V 二极管截止 uo u 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 设 Um 输入峰值电压 则限幅电平为 当u 二极管截止 uo u 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 当u 二极管导通 uo 波形图如图 所示 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 设 m 如果u 二极管导通 uo 则限幅电平为 E 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 设 m 如果u 二极管截止 uo u 波形图如图 所示 并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形关系 并联下限幅电路 V 限幅电平为 V u V 二极管截止 uo u 波形如图所示 并联下限幅电路 如果 Um 则限幅电平为 u 二极管截止 uo u 波形图如图 所示 ui uo t t 并联下限幅电路 如果 m 则限幅电平为 E 波形图如图所示 串联限幅电路 V 限幅电平为VR ui VR时二极管导通 uo ui ui VR时二极管截止 uo VR 波形如图所示 VR 串联限幅电路 V 限幅电平为VR ui VR时二极管截止 uo ui ui VR时二极管导通 uo VR 波形如图所示 VR 双向限幅电路 在电子电路中 常用限幅电路对各种信号进行处理 它是用来让信号在预置的电平范围中 有选择地传输一部分 例 一限幅电路如图所示 二极管为硅二极管 分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问 1 理想模型电路如图 b 所示 二极管截止 二极管导通 二极管导通 恒压降模型电路如图 c 所示 二极管截止 二极管导通 二极管导通 2 由于所加输入电压为振幅等于6V的正弦电压 正半周有一段幅值大于VREF 对于理想模型 波形如图 a 对于恒压模型 4 开关电路 在开关电路中 利用二极管的单向导电性以接通或断开电路 这在数字电路中得到广泛的应用 在分析这种电路时 应当掌握一条基本原则 即判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态 例 二极管电路如图所示 利用二极管理想模型求解 求的值不同组合情况下 输出电压的值 解 当 D1为正向偏置 D2的阴极电位为5V 阳极为0V 处于反相偏置 故D2截止 5 低电压稳压电路 利用二极管的正向压降特性 可以获得较好的稳压性能 设低电压稳压电路如图 合理选取电路参数 对于硅二极管 可以获得输出电压近似等于0 7V 若采用几只二极管串联 则可获得1V以上的输出电压 由于某种原因 入电网电压波动引起直流电源电压VI产生波动 这个波动分量用 VI表示 波形是任意的 它与VI串联共同作用于R 限流电阻 和二极管D相串联的支路如图 电路中VI R和二极管D共同确定电路的静态工作点 当波动电压增量 VI出现之后 电路中的电流和二极管电压亦产生相应的增量 VI引起的的波动很小 输出电压可以保持基本稳定 V I特性曲线越陡 微变电阻rd越小 稳定性也越好 6 小信号工作情况分析 在利用小信号模型分析二极管电路时 要特别注意微变电阻rd与静态工作点Q有关 一般首先分析电路的静态工作情况 求得静态工作点Q 其次 根据Q点算出微变电阻rd 再次 根据小信号模型交流电路模型 求出小信号作用小电路的交流电压 电流 最后与静态值叠加 得到完整的结果 例3 4 6在图 a 所示的二极管电路中 恒压降模型的 1 求输出电压的交流量和总量 2 绘出的波形 解 1 根据叠加原理 可以将两个电压源的作用分开考虑 得到相应的电路模型图 b 和图 c 图 c 中只有交流分