二极管基本电路及其分析方法

1、3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法简单二极管电路的图解分析方法 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法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，相对来说比般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的是已知二极管的V V - -I I 特性曲线。特性曲线。例例3.4.1 电路如图所示

2、，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和和电阻电阻R，求二极管两端电压，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载线负载线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模

3、型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 （3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 1

4、.1.二极管正向二极管正向V - - 特性的建模特性的建模uDiD电路模型电路模型SS正向偏置，其压降正向偏置，其压降为为0V;0V;而在反向偏而在反向偏置时，认为电阻无置时，认为电阻无穷大穷大 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 1)1)理想模型理想模型 ：判断二极管通断：判断二极管通断 二极管导通后二极管导通后, ,其管压降认为是恒定的其管压降认为是恒定的, ,且不且不随电流而变化随电流而变化, ,典型值是典型值是 0.7V0.7V。不过，这只有当二。不过，这只有当二极管的电流极管的电流i iD D近似等于或大于近似等于或大于1mA1mA时才正确。时才正确

5、。iDvD电路模型电路模型iD+_vD0.7V0.7V3) 3) 折线模型折线模型 其中，其中，V Vthth和和r rD D的值不是的值不是固定不变的。固定不变的。200mA15 . 07 . 0DriDvD电路模型电路模型+_vDiDVthrDVth 二极管的管压降不二极管的管压降不是恒定的，而是随着通是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而过二极管电流的增加而增加。增加。V Vthth约为约为0.5V(0.5V(硅）硅）：信号幅度不能远大于二极管压降：信号幅度不能远大于二极管压降 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I

6、特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型vs =0 时时, Q点称为静态工作点点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 时（时（VmVVN N，则理想二极管导通，用短路代替；，则理想二极管导通，用短路代替； 若若V VN NVVP P，则理想二极管截止，用开路代替。，则理想二极管截止，用开路代替。4 4）分析电路中待求量。）分析电路中待求量。习题：P97页 3.4.5D6V12V3k OAVAO+NPD6V12V3k OAVAO+NP6V12V3k OAVAO+NPOD215V12V3k AD1VAO+

7、P2N2P1N1 OD215V12V3k AD1VAO+P2N2P1N1O15V12V3k AVAO+P2N2P1N115V10V+R1R6R5R4R3R2ABPDNV5 . 31510443665RRRRRRVB二极管截止 BAVVV115221RRRVA15V10V+R1R6R5R4R3R2ABPDN15V10V+R1R6R5R4R3R2ABPN例例3.4.21) 整流电路整流电路t vDO2 工作波形工作波形voOt U2U2U2 1 工作原理工作原理RvO+_D+_vsPNRvO+_D+_vsPNRvO+_D+_vsPNvs tORvO+_D+_vsPNRvO+_D+_vsPN+_vD

8、RvO+_D+_vs?例例3.4.33.4.3 设简单二极管基本电路如图设简单二极管基本电路如图(a)(a)示，示，R=10kR=10k, , 图图(b)(b)是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的的 D D和和 V VD D的值：的值：( (1)1)V VDDDD=10V=10V；(2)V(2)VDDDD=1V=1V。在每种情况。在每种情况下，应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。下，应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。2) 静态工作情况分析静态工作情况分析图（图（b）DVDiRDDvDRDDvi DDVDiRDDvDRDDvi D图（图（a

9、)VDD a.a.使用理想模型使用理想模型VVD0 b.使用恒压降模型使用恒压降模型V7 . 0DV c.c.使用折线模型使用折线模型DthDDDrRVVR+_DDVDVDR+_DDVDV0.7VDR+_DDVDV0.5VDrDRVDDD解解：RVDDD7 . 0DDDrV5 . 0理 想 模 型理 想 模 型 恒 压 降 模 型恒 压 降 模 型 折 线 模 型折 线 模 型 (V) (mA)DVD将数据带入上述公式得下表：将数据带入上述公式得下表：VVDD10VVDD10VVDD10VVDD1VVDD1VVDD1由上分析，可得如下结论：由上分析，可得如下结论： 在电源电压远大于二极管压降时

10、，恒压降模型能在电源电压远大于二极管压降时，恒压降模型能 得出较合理得结果；得出较合理得结果； 而当电源电压较低时，折线模而当电源电压较低时，折线模型型能得到较满意得结果。能得到较满意得结果。 在电子技术中，常用限幅电路对各种信号进行在电子技术中，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内，有选处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。择地传输一部分。 根据二极管的位置不同，限幅电路有三种基本根据二极管的位置不同，限幅电路有三种基本形式：上限幅器，下限幅器，双向限幅器。形式：上限幅器，下限幅器，双向限幅器。 限幅电路，又称消波器，是利用二极管在外加限幅电

11、路，又称消波器，是利用二极管在外加正向电压超过门坎电压（死区电压）时导通，且导正向电压超过门坎电压（死区电压）时导通，且导通后管子两端电压基本不变得特点，限制输出电压通后管子两端电压基本不变得特点，限制输出电压的幅度。的幅度。解：解：PN时，即若REFVvVViNPiPvV REFVVN通，D设设D断开，断开，时，即若REFVvVViNP止，DREF0Vv ivv 0vi t0，V0iv通，D止，DREF0Vv ivv 0，V4iv，V6iv通，DREF0Vv ，V)(sin6wtvi，REFVvi通，D，REFVvi止，DREF0Vv ivv 06 3vo0 t30.7V7 . 37 . 0

12、3OivDv通，时，当iOivvDv止，时，当7 . 03（3 3）限幅电路）限幅电路 电路如图，电路如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sin t V时，绘出相应的输时，绘出相应的输出电压出电压vO的波形。的波形。 VthDDREFthiREFthOrrRVVVVVVVVi(V)046D状态截止导通导通Vo(V)03.5833.917DDREFthiREFthOrrRVVVVVV例例 ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。采用恒压

13、降模型采用恒压降模型-0.7V ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止 uO = 0.7 VOtuO/ V0.7Otui / V2 0.7习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.94) 开关电路开关电路 例例3.4.5D1D24.7K5VVCCVI1+-VI2+- V V 1 1 V V 2 2 D D1 1 D D2 2 V V0 0 由上表可见，在输入电压由上表可见，在输入电压V V 1 1和和V V 2 2中，中， 只要有一个为只要有一个为0V0V，则输出为，

14、则输出为 0V0V；只；只 有当两输入电压均为有当两输入电压均为5V5V时，输出才为时，输出才为 5V5V，这种，这种 关系在数字电路中称为关系在数字电路中称为“与与” ” 逻辑。逻辑。D1D2VI1VI24.7KVCC5V 例：在如图所示的低电压稳压电路中，直流电例：在如图所示的低电压稳压电路中，直流电 源电压源电压V V 的正常值为的正常值为10V10V，R=10kR=10k , ,当当 V V 变化变化1V1V时，时， 问相应的硅二极管电压问相应的硅二极管电压( (输出电压输出电压) )的变化如何？的变化如何？RDDvVoVIVIRDvDVIi =I +iv =V + vD D DD D

15、 DRrDvDVIIDRDDvVoVIVIRDvDVIi =I +iv =V + vD D DD D DRrDvDVIIDVIRD+_VOID+VI_RD+_vOidvO+VI=2VVI=10V_RD+_iD 解：解：(1)(1)求求I ID DmA93. 0k10V7 . 0V10DVI=10VRD+_VOIDRD+_VO0.7VIDVI=10VV7 . 0OVmV79. 22828101013IddOrrRvv (2) 求求idV702790697210mV79. 2V7 . 0V119V1V10.vvOI28mA93. 0mV26DTdVr+_R+_vOidrdV1IV+_RD+_vOidV1IV例例3.4.6+vSVDD_RD+_iD+_vDVOVDDR+_IDVDVO+vS_R+_id+_vdvOrd防止电源反接防止电源反接vivoVCC-VEEvoVCC-VEE防止共模输入电压过大防止共模输入电压过大vo防止差模输入