电子线路 线性部分 晶体二极管介绍

主讲 康老师 电子线路 线性部份 物信学院促进学风 教风措施 一 学生方面 1 课堂出勤 缺勤一次 期末总成绩 5分 每学分可缺勤 一次 若缺勤次数超过课程学分数 则取消该门课程的期末考试资格 2 作业 作业缺交量超过作业总量 30 的 取消期末考试资格 办理课程免听的学生亦参照此规定执行 教学办在学生办理免听手续时 须向学生声明强调此规定 课程讲授计划 总计64学时 讲课 60学时 习题课 2学时 复习 2学时 考试 2小时 期中安排一次习题课 学习及考试要求 上课认真听讲 出勤与表现 学与问 认真完成课后作业 5 工整与正确率 课堂测验 针对重点难点章节 考试 统一笔试成绩 模拟电子线路 线性部份 主要教学参考书 1 高文焕编 电子线路基础 北京 高等教育出版社 1997年 2 张凤言编 电子电路基础 第二版 北京 高等教育出版社 1995年 3 王筱颖编 模拟电路导论 清华大学出版社 1997年 4 童诗白 华成英主编 模拟电子技术基础 第四版 北京 高等教育出版社 2006 5 陈大钦等 电子技术基础 模拟部分 第四版 高等教育出版社 1999年 6王尧 模拟电子技术基础 高等教育出版社 1997年 7 李翰荪 电路分析基础 高等教育出版社 1997年 8 康华光华中科技大学主编 电子技术基础 模拟部分 第五版 北京 高等教育出版社 2006年1月 9 杨素行主编 模拟电子技术基础简明教程 第三版 北京 高等教育出版社 2000 电路P88 戴维宁定理 P27 电路P88 迭加原理 P24 1 汪胜宁 程东红编 电子线路 第四版 教学指导书 高等教育出版社 2003年5月 配本教材 2 李建军主编 电子线路 线性部份 知识要点与习题解析 2005年5月 哈工大出版社 3 夏应清主编 电子技术基础 模拟部份 习题精解 2004年9月 西南交通大学出版社 4 陈大钦等 电子技术基础 模拟部分 第四版 教师手册 5 模拟电子技术基础解题指南 清华大学 6 模拟电子技术常见题型解析及模拟题 西北工业大学 7 华中科技大学陈大钦主编 模拟电子技术基础学习与解题指南 8 陈大钦等 电子技术基础习题解答 9 杨素行 模拟电子技术基础简明教程 第二版 教学指导书 10 华中科技大学康华光主编 电子技术基础 模拟部分 第五版 习题全解 北京 高等教育出版社 2007年 模拟电子线路 线性部份 主要习题集 模拟电子线路 线性部份 简介 1 79 1 第一版 五本 压缩 删减 增加 如电子管 2 模拟电子线路 线性 非线性 按分析方法 按电路工作频率分 低频 高频 3 公共课 专业课 新分析方法 与 电路 不同 符号多 4 要学好 时间的投入与产出 三步曲 预习 注意听 笔记 作业 复习 多问 学问学问 又学又问 重点 电路分析方法 5 本书目录 1 1半导体物理基础知识 1 3晶体二极管电路分析方法 1 2PN结 1 4晶体二极管的应用 1 0概述 第一章晶体二极管 电子线路 指包含电子器件 并能对电信号实现某种处理的功能电路 电子设备 第一章晶体二极管概述 电路组成 电子器件 外围电路 电子器件 二极管 三极管 场效应管 集成电路 外围电路 直流电 压 源 电阻 电容 电流源等 模拟信号 在时间和幅值上都是连续的信号 处理模拟信号的电子电路 称模拟电子线路 线性 非线性 任务 不失真地传递信号 信息 或对信号进行处理 半导体二极管的结构 1 点接触型二极管 1 0概述 PN结面积小 结电容小 用于检波和变频等高频电路 在PN结上加上引线和封装 就成为一个二极管 二极管按结构分三大类 点接触型 面接触型和平面型 3 平面型二极管 往往用于集成电路制造艺中 PN结面积可大可小 用于高频整流和开关电路中 2 面接触型二极管 PN结面积大 用于工频大电流整流电路 b 面接触型 4 二极管的代表符号 构成 实质上就是一个PN结 PN结 引线 管壳 半导体二极管 简称二极管 阳极 阴极 二极管的几种外形 特性 单向导电性 半导体二极管图片 半导体二极管图片 半导体二极管图片 半导体二极管图片 点接触型 面接触型 平面型 1 0概述 晶体二极管结构及电路符号 PN结正偏 P接 N接 D导通 晶体二极管的主要特性 单方向导电特性 PN结反偏 N接 P接 D截止 即 主要用途 用于整流 开关 检波电路中 按电导率分 导体 低价元素 如Cu铜 AI铝等 导电性能好 绝缘体 高价元素 如惰性气体 或高分子物质 如云母 橡胶 导电性能极差 半导体 四价元素 如Si Ge等 导体 电阻率 低于10 3 cm的物质 绝缘体 电阻率 高于109 cm的物质 1 1半导体物理基础知识 半导体 导电能力介于导体与绝缘体之间的物质 1 硅 Si 2 锗 Ge 原子结构及简化模型 3 砷化镓GaAs等 Ge Si 一 硅和锗的单晶称为本征半导体 它们是制造半导体器件的基本材料 硅和锗共价键结构示意图 1 1 1本征半导体 化学成分纯净的 在物理结构上呈单晶体形态 电子空穴对 因共价键具有很强的结合力 当T 0K和无外界影响时 无自由移动的电子 即没有载流子 不导电 这种现象称为 注意 空穴的出现是半导体区别于导体的重要特征 本征激发 二 本征激发和复合 载流子 在电场下 能运载电荷形成电流的带电粒子 如自由电子 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子 同时 在原来共价键的相应位置留下一个空位 空穴 的过程 当原子中的价电子激发为自由电子时 原子中留下空位 同时原子因失去价电子而带正电 当邻近原子中的价电子不断填补这些空位时 形成一种运动 可等效看作是空穴的运动 见后图 注意 空穴运动方向与价电子填补方向相反 自由电子 带负电 半导体中有两种导电的载流子 空穴的运动 空穴 带正电 复合 自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程 空穴的移动 空穴 自由电子 温度一定时 激发与复合在某一热平衡值上达到动态平衡 三 热平衡载流子浓度 热平衡载流子浓度 1 1 1 一 N型 电子型 半导体 1 1 2杂质半导体 本征半导体掺入少量五价元素 如磷 砷 锑等 构成 多余的一个价电子处于共价键之外 束缚力较弱而成为自由电子 特点 有两种载流子 主要靠自由电子导电 二 P型 空穴型 半导体 本征半导体中掺入少量三价 铝 硼 锢 元素构成 这种杂质原子能吸收电子 称为 受主杂质 P型半导体的特点 有两种载流子 即自由电子和空穴 空穴是多子 自由电子是少子 主要靠空穴导电 注意 P型半导体和N型半导体仍呈电中性 只起电阻作用 三 杂质半导体中 多子和少子 热平衡载流子浓度 1 1 2 1 1 3 1 1 4 1 1 5 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响 一些典型的数据如下 例1 3 以上三个浓度基本上依次相差106 cm3 杂质对半导体导电性的影响 P6 例3 硅 五价 N型 再掺入不同的杂质 相反性质 三价 浓度更高 可改变导电类型为P型 杂质补偿 本征半导体 杂质半导体 复习 本节有关概念 N型半导体 P型半导体 多数载流子 少数载流子 施主杂质 受主杂质 自由电子 空穴 1 1 3两种导电机理 漂移和扩散 载流子在电场作用下的运动 称为漂移运动 所形成的电流 称为漂移电流 看书P1 1 6图 P N 总漂移电流密度 漂移与漂移电流 外加电场 少子 定向运动 注意 1 1 6 1 1 7 1 1 8 电导率 半导体的电导率 电阻 电压 V El 电流 I SJt 1 1 9 载流子在浓度差作用下的运动 称为扩散运动 所形成的电流 称为扩散电流 P N P10 区别 导体 有浓度差 有电荷量差 有电场 半导体 有浓度差 但无电荷量差 无电场 处处电中性 扩散电流密度 扩散与扩散电流 光照或恒温 浓度差 多子 定向运动 注意 1 1 10 1 1 11 0 0 1 2P N结 P6例3 用掺杂工艺 把P型 N型半导体在原子级上紧密有机结合 P区与N区的交界面就形成了PN结 N型 It Id 1 2 1动态平衡下的P N结 阻止多子扩散 利于少子漂移 一 PN结 阻挡层形成的物理过程 空间电荷区 一定宽度 即P N结 杂质离子 PN结的电位差为VB N区 P区 P11 对称结与不对称结 空间电荷区 缺少多子 所以也称耗尽层 注意 掺杂浓度 Na Nd 越大 内建电位差VB越大 阻挡层宽度l0越小 1 2 5 Xn Xp 二 内建电位差 三 阻挡层宽度 1 2 3 1 2 2 1 2 5 1 2 1 温度的电压当量 1 2 2PN结的伏安特性 单向导电性 一 PN结正偏伏安特性 I 正向接法或正向偏置 P14 I PN补充失去的 二 PN结反偏伏安特性 IR 结论 PN结具有单方向导电特性 反向接法或反向偏置 P14 IR NP 书 0补充失去的 P15IR IS R 三 PN结 伏安特性方程式 PN结正 反向特性 可用理想的指数函数来描述 其中 IS为反向饱和电流 其值与外加电压近似无关 但受温度影响很大 见后 正偏时 反偏时 1 2 3 1 2 6 1 2 7 P17IS PN结 伏安特性曲线 增加 V 0 V 0 0 2 0 3V 0 6 0 8V 开启电压 VD on 四 PN结 温度特性 温度每升高1 VD on 约减小2 5mV 公式 温度每升高10 IS约增加一倍 公式 硅管 12 锗管 8 式 1 2 7 V一定 T升高 VT不明显 但IS增很大 故曲线在左 念书P18 1 2 3PN结的击穿特性 热击穿 不可逆Izmax 1 2 5 机会多 因为T 载流子运动的平均自由路程 V BR 三 击穿电压的温度特性 雪崩击穿电压具有正温度系数 齐纳击穿电压具有负温度系数 因为T 价电子获得的能量 V BR 四 稳压二极管 简称稳压管 利用PN结的反向击穿特性 可制成稳压二极管 要求 Izmin Iz Izmax 稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管 稳压区 反向击穿区 稳压管的主要参数 1 稳定电压UZ 击穿电压 2 稳定电流IZIzmin Izmax 3 额定功耗PZM 允许的最大功率 4 动态电阻rz 稳压时 IZ 好 要求 rZ 好 注意 稳压管电路 必须串联限流电阻 工作在稳压状态的电流 1 2 4PN结的电容特性 势垒区内空间电荷量随外加电压变化产生的电容效应 一 势垒电容CT 反偏 二 扩散电容CD正偏 P多子扩散 注入 N 阻挡层外 P区和N区 贮存的非平衡电荷量 随外加电压变化产生的电容效应 1 2 11 1 2 12 多子扩散 少子漂移 几千PF 几十PF 1 2 4PN结的电容效应 1 势垒电容CT反偏 势垒电容示意图 扩散电容示意图 2 扩散电容CD正偏 三 PN结电容 PN结反偏时 CT CD 则Cj CT PN结总电容 Cj CT CD PN结正偏时 CD CT 则Cj CD 故 PN结正偏时 以CD为主 故 PN结反偏时 以CT为主 通常 CD 几十PF 几千PF 通常 CT 几PF 几十PF 四 变容二极管 应用 电调谐等 高频 1 2 13 1 3晶体二极管电路的分析方法 晶体二极管的内部结构就是一个PN结 就其伏安特性而言 它有不同的表示方法 或者表示为不同形式的模型 四个 适用于任一工作状态的伏安曲线模型 便于计算机辅助分析 CAA 的数学模型 1 3 1晶体二极管模型 模型 例 R理想 V太大 f太高 分布 噪声 一 数学模型 伏安特性方程式 理想模型 修正模型 串联rS 体电阻 引线接触电阻 引线电阻 注意 考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响 实际IS 理想IS 1 3 1晶体二极管模型 1 3 1 1 2 6 二 曲线模型 伏安特性曲线 晶体二极管的伏安特性曲线 通常由实测得到 1 定义 理想二极管 符号及等效模型 1 正偏 V 0 导通 短路 0 反偏 V 0 截止 开路 D on 0 7V Si 0 25V Ge D on 斜率1 RD 2 当反偏V 0 i 0 当i 0 V 0 三 直流简化电路模型 提出 非线性器件 导通后 伏安曲线的非线性第二位 折线 近似 三 直流简化电路模型 1 理想模型VD ON 0 RD 0 2 恒压降模型RD 0 3 折线模型VD ON 0 四 交流小信号电路模型 二极管增量结电阻 肖特基 PN结串联电阻 数值很小 3 Cj PN结结电容 CD CT两部分构成 值小 低频容抗大 注意 高频中需考虑Cj的影响 因高频工作时 Cj容抗很小 PN结单向导电性 因Cj的交流旁路 容抗小 并联 作用而变差 1 3 2 二极管工作在正向某小范围内 V VQ V 则 直线 正向特性可等效rj IQ为二极管的静态直流电流 室温T 300K 2 1 1 3 3 mA 迭 叠加原理 P80 四 交流小信号电路模型 说明 动态电阻rj由静态工作点Q处切线斜率决定 动态电阻rj是交流电阻 静态工作点Q不同 rj就不同 四 交流小信号电路模型 公式 IQ为二极管的静态直流电流 rj交流 P24如果 P25 V 5 2mV 响应 数值计算法 分析二极管电路用 数值计算法 图解法 简化分析法 小信号等效电路法 列出电路中的各种方程 1 3 2晶体二极管电路分析方法 利用二极管伏安特性数学模型 理想指数模型等 列电路方程 并借助计算机工具 进行数值计算 要求 已知电路中所有器件的数学模型 分析步骤 将方程交给计算机辅助计算工具 用迭代法等算法进行数值分析 优点 可进行复杂电路的分析 且精度高 一 图解分析法 1 15 一个交点 写出管外电路直流负载线方程 伏安 利用二极管曲线模型和管外电路所确定的负载线 通过作图的方法进行求解 要求 已知二极管伏安特性曲线和外围电路元件值 分析步骤 画出直流负载线 伏安座标 分析直流工作点 Q点 又称为静态 优点 直观 既可分析直流 也可分析交流 缺点 误差大 P26 图1 3 7 已知电路参数和二极管伏安特性曲线 试求电路的静态工作点电压和电流 Q 由图写出直流负载线方程 V VDD IR 在直流负载线上任取两点 解 VDD VDD R 连接两点 画出直流负载线 VQ IQ 令I 0 得V VDD 变化 令V 0 得I VDD R变化 所得交点 即为Q点 座标 VQ IQ 所求值 P27 例1 戴维宁定理 P88 RT VT热电压 1 3 4 判断二极管是导通还是截止 将电路中全部二极管开路 分析其两端的电位 若V 0 则导通 反之 则截止 当电路中有多只二极管正偏时 令正偏电压最大的那只二极管优先导通 短路 后 再重新分析其余管工作状态 导通或截止 1 参P40题1 13求VAO值 理想二极管 二 简化电路分析法1 16 1 20 二 简化电路分析法1 16 1 20 将电路中截止的二极管开路 导通的实际二极管用简化电路模型的具体元件VD on RD替代 然后对所得的简化电路进行分析 求解 当实际二极管 参P40 例2 设二极管是理想的 求VAO值 图 a 题1 13 假设D开路 则D两端电压 VD V1 V2 6 12 18 0V 解 故D截止 VAO 12V 图 b 假设D1 D2开路 则D两端电压 VD1 V2 0 9V 0V VD2 V2 V1 15V 0V 由于VD2 VD1 则D2优先导通 此时VD1 6V 0V 故D1截止 VAO V1 6V 解 忽略二极管正向压降 导通电阻 D1看作短路 取A点作参考点 VD2 6V VD1 12V VD2 VD1 因VD1电压高 因此 D1优先导通 例2 图 C 设二极管是理想的 求VAB值 又 VD2 6V 截止 开路 VAB 0V 参P40 1 13 C 图 C 2 画输出信号波形vO方法 1 16 b 根据输入信号大小 判断二极管的导通与截止 找出vO与vI关系 传输关系 画输出信号波形 例3 1 16 b 设二极管是理想的 vi 6sin t V 试画vO波形 解 vi 2V时 D导通 则vO vi vi 2V时 D截止 则vO 2V VO与VI关系 传输关系 画出vO的波形 Vi VR时 二极管导通 vo vi Vi VR时 二极管截止 vo VR 同例4 1 16 b 理想二极管限幅电路Vi Vmsin t V 求输出波形v0 解 例5 1 16 a 理想二极管电路中vi Vmsin t V 求输出波形v0 Vi V1时 D1导通 D2截止 Vo V1 Vi V2时 D2导通 D1截止 Vo V2 V2 Vi V1时 D1 D2均截止 Vo Vi 简化电路分析法 书例2 P28 29 例6 画出二极管电路的传输特性 Vo VI 解 VA 25V D1 D2均截止 VI VA VO 25V A A 忽 理想 图 b VA 25V D1导通 D2截止 VA 100V VA 100V D1 D2均导通 VO 100V VI 137 5V A A 先按D2截止计算 VO限定在100V 钳位 箝位 137 5 升级 D1 D2极变化 V1 V2极变化 题1 20 三 小信号分析法1 14 1 17 1 18 将电路中的二极管用小信号电路模型代替 并用小信号等效电路 分析电压或电流的变化量 分析步骤 将直流电源短路 画交流通路 用小信号电路模型代替二极管 得小信号等效电路 用小信号等效电路分析电压与电流的变化量 书例3 P28 29板书 叠加原理 P80 求 V 图 b 无VDD V如 5 2mV 1 4晶体二极管的应用 直流稳压电源系统的组成 1 整流电路 将工频交流电转为具有直流电成分的电流 电压 2 滤波电路 将脉动直流中的交流成分滤除 输出比较平滑的脉动直流成分 3 稳压电路 进一步稳定 整流后的脉动直流电压 1 4晶体二极管的应用 全波整流 半波 降压 一 整流电路 1 4 1整流与稳压电路 当vi 0V时 D导通 则vO vi 当vi 0V时 D截止 则vO 0V 由此 利用二极管的单向导电性 实现了半波整流 平均值 设 单相半波整流电路 图 单相半波整流电路各处波形 2 电容滤波电路 半波 1 滤波原理 半波设 注意 二极管两端的电压当u2 uc时 D导通u0 uc u2 充电 当0ucD导通 u0 uc u2当t1ucD导通 u0 uc u2 2 波形如图所示 变平些了 半波 2 电容滤波电路 二极管中的电流 输出电压波形 单向脉动直流电 全波 二 稳压电路 T VI或RL变化 IZ 限流电阻R 保证稳压管工作在Izmin Izmax之间 P31稳压原理 VO VZ 输出电压 某原因 稳压管的伏安特性与模型 P31 图1 4 4稳压管大 小信号模型 a 伏安特性 b 等效电路 P31 例 V 10V 1V 20 6 8V R 10k 10mA 0 2mA 求 1 2 3 4 RL 当 V 变化 1V时 管电压 输出电压 变化如何 5 解 1 输出电压 VO VZ 6 8V 2 3 板书 2 Izmax V max Rmin RL 3 Izmin V minx Rmin一定 RLmin 解 1 4 2限幅电路 或削波电路 参题1 20 V2 vi V1时 D1 D2截止 vo vi Vi V1时 D1导通 D2截止 vo V1 Vi V2时 D2导通 D1截止 vo V2 由此 电路实现双向限幅功能 其中 V1为上限幅 上门限 电平 单 上 限幅特性 图1 4 8 a 1 单向导电特性 图1 4 9 a 其中 V2为下限幅 下门限 电平 单 下 限幅特性 图1 4 8 b 图1 4 9 b 双向限幅特性 传输特性 改P33 P34 实际 理解 应用 失真 S N 2 反向击穿特性 稳压管 图1 4 10 1 4 2限幅电路 1 突出优点 抗干扰能力强 可大量传输信息 且传输功耗小 工作可靠 1 5其他类型二极管 光电子器件 1 光敏二极管 例 CCD 光电二极管是远红外线接收管 是光能与电能进行转换的器件 PN结型光电二极管利用PN结的光敏特性 将接收到的光的变化转换成电流 自由电子空穴对 的变化 应用 光信号与电信号之间的接口 1 5 2光电二极管 1 5 1肖特基二极管 高频高速电路 2 结构 与普通PN结二极管类似 但在其PN结处 有玻璃窗口能接收外部的光照 PN结在反向偏置下工作 它的反向电流随光照强度增加而上升 3 主要特点 反向电流与照度成正比 无光照时 反向电流很小 称为暗电流 有光照时 反向电流很大 称为光电流 2 发光二极管 LED 是一种发光器件 由砼 砷等化合物制成的PN结在正偏导通时PN结两侧的多子直接复合 以光 红 黄 绿 的形式释放光能量 而普通PN结在导通时以热的形式释放能量 4 光敏二极管外形及表示符号 2 发光二极管 含激光二极管 1 类型 可见光 红 黄 绿 不可见光 红外光 激光 2 外形及表示符号 3 应用 显示电路 显示类型 普通LED 七段LED 点阵LED 音响EQ 可见光 主要特点 工作在正向偏置 在正向电流达到一定值时发光 一般发光电流为几毫安到几十毫安 4 发光二极管 LED 原理 发光二极管驱动电压低 功耗小 寿命长 可靠性高 当外加正向电压使得正向电流足够大时才发出一定波长范围的光 发光管可以发出从红外到可见波段的光 电特性与一般二极管类似 开启电压较大 红色的在1 6 1 8V之间 绿色的约为2V 3 光电耦合器 P37 38 光敏 发光 入与出 电隔离 复习 1 二极管的等效电路 折线化的等效电路 微变等效电路 2 常用的二极管 整流二极管 稳压二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管 11 1引言11 2PSPICE功能及特点11 3PSPICE的基本构成11 4PSPICE文本描述11 5PSPICE窗口版的功能应用 第一章附录PSPICE分析 PSPICE是机辅分析和设计的电子电路模拟软件 能进行模拟电路分析 数字电路分析和模拟数字混合电路分析 硬件设计实现之前 先对电路进行模拟分析 器件的模型 系统的调整 测试全由计算机完成 用户根据要求设置参数 计算机象扫频仪和示波器一样测试电路的频率响应和瞬态响应 进行各种分析使电路达到最优 第一章附录PSPICE分析 第一章附录PSPICE功能及特点 1 特点 节省时间 节省设备 产品一般性好 可靠性高 新产品更新快 2 功能 直流分析 计算工作点 计算直流小信号传输函数值分析 直流扫描分析 直流小信号灵敏度分析 计算直流转移特性曲线 交流分析 频域分析 幅频 相频 噪声分析 计算指定频率点上的噪声等效电平 瞬态分析 瞬态响应 绘不同信号的时域波形 傅立叶分析 计算基波 谐波系数 灵敏度分析 计算元件参数变化引起电路输出变量的变化 交 直流 容差分析 蒙特卡罗 monte carlo 分析 统计分析法 给定元件参数容差时 计算输出变量的均值和标准偏差 最坏情况分析 Worst Case 参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输出的上界值和下限 温度特性分析 通常在27度进行分析 也可指定温度优化设计 给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况下 确定元器件最佳参数组合 PSPICE的基本构成 人机交互界面 原理图输入 电路模拟分析 绘图后处理 模型参数库 模型参数提取 电路符号库 符号编辑器 PSPICE文本描述 1 电路描述 标题描述 电路描述 确定电路元件 节点 元件值 元件模型 信号源 分析功能描述 输出结果描述 结束描述 PSPICE窗口版的功能应用 窗口版PSPICE目前已有版本5 1 6 2 7 1 8 0 9 01 原理图编辑器 schematics editor 放置元器件和画连线 选Draw GetNewPart屏幕出现对话框 在标题为AddPart中 选Browse analog slb R取电阻选Browse analog slb D取二极管选Browse eval slb Q取三极管选Browse port slb AGND取地线选Draw wire将元件连接好 编辑元件属性 在元件上连击两下 出现EditingAttribate的对话框 并键入相关参数 按 SaveAttr 和OK按钮 存图 选File Save 取名Damp 小结 学习掌握一定的电路仿真模拟软件和设计软件 对于从事电子电路设计及相关领域的人员非常必要 直接使用计算机软件模拟 分析 验证所设计的电路 可快速反映出电路的性能 根据需求 电路设计很容易被修正 同时 可有效地节省开发产品的成本 时间 近年来 随着个人计算机的普及和EDA技术的发展 基于PC平台开发的SPICE相关电路模拟软件和用于大规模数字电路设计的开发软件越来越受到重视和欢迎 因各种软件的适用领域不同 作为从事电子行业的人员 应该全面掌握一定的EDA工具 第一章附录PSPICE分析 二 6种基本分析方法和7种高级分析方法 直流工作点 DCOperatingPoint 分析 交流频率 ACFrequency 分析瞬态 Transient 分析傅里叶 Fourier 分析失真 Distortion 分析噪声 Noise 分析传递函数 TransferFunction 分析零一极点 Pole Zero 分析灵敏度 Sensitivity 分析温度扫描 TemperatureSweep 分析参数扫描 ParameterSweep 分析蒙特卡罗 MonteCarlo 分析最坏情况 WorstCase 分析 一 ElectronicsWorkbench EWB 现称为MultiSim 特点 EWB介绍 EWB使用简介 软件使用介绍 EWB的主要特点 1 EWB提供交互式的SPICE电路模拟 这种方式即可增强SPICE的功能 也可发挥方便实用的人机图形界面 2 EWB具有完整的模拟电路分析 数字电路分析 模拟与数字电路混合分析 3 EWB具有虚拟的仪表设备 包含波形函数产生器 万用电表 示波器及逻辑分析仪等 可更具体的模拟实际的测量情况 分析方法小结 二极管基本电路及其分析方法 假设D截止 开路 求D两端开路电压 VD 0 7V 状态 等效电路 条件 将不同状态的等效电路 模型 带入原电路中 分析vI和vO的关系 画出电压波形和电压传输特性 特殊情况 求 vD 波动 小信号模型和叠加原理 恒压降模型 应用分析举例 R 10k a VDD 10V时 b VDD 1V时 VDD 理想模型 恒压模型 折线模型 理想模型 恒压模型 折线模型 例1 求VD ID 二极管电路的分析概述 初步分析 依据二极管的单向导电性 D导通 vO vI vD D截止 vO 0 D导通 vO vD D截止 vO vI 左图 中图 显然 vO与vI的关系由D的状态决定 而且 D处于反向截止时最简单 例2 画出VO波形 整流限幅 例3 限幅电路举例 分析思路 分析任务 求vD iD目的1 确定电路功能 即信号vI传递到vO 有何变化 目的2 判断二极管D是否安全 首先 判断D的状态 若D反向截止 则相当于开路 iD 0 ROFF 若D正向导通 则 正向导通分析方法 图解法等效电路 模型 法 将非线性 线性先静态 直流 后动态 交流 静态 vI 0 正弦波过0点 动态 vI 0 1 二极管电路的分析概述小结 2 二极管状态判断 例4 2CP1 硅 IF 16mA VBR 40V 求VD ID a b c d 正偏 正偏 反偏 反偏 iD IF D反向截止 D反向击穿 二极管状态判断方法 假设D截止 开路 求D两端开路电压 D正向导通 D正向导通 VI 10V vi sin t V 叠加原理 小信号模型 小信号等效电路 例5 已知伏安特性 求VD ID 3 图解分析法 先静态分析 直流负载线 再动态分析 交流负载线 iD ID DiDvD VD DvD 3 图解分析法 例5 a 图 线性 vD VI iDR 非线性 联立求解 可得VD ID 图解法直线与伏安特性的交点 图解法关键 画直线 又称为直流负载线 静态工作点Q 例5解 已知伏安特性 求VD ID 画直线 VI 10Vvi sin t vD VI vi iDR 例5解 已知伏安特性 求VD ID 再动态分析 交流负载线 应用电路分析举例 VI 10V vi 1Vsin t 解题步骤 1 静态分析 令vi 0 由恒压降模型得 VD 0 7V ID 0 93mA 2 动态分析 令VI 0 由小信号模型得 例6 小信号分析 求 vD iD 例7 如图所示 已知UZ 6V IZmin 5mA IZmax 25mA RL 600 求