模拟基础电路技术 3

2晶体二极管本次课学习目标能够说明二极管的基本功能能够从器件外部，观测和描绘二极管的伏安特性能够根据伏安特性，对二极管进行分段建模1

二极管基本特性—单向导电特性引入：常用电子产品的供电问题输入信号：比如变化的几微伏~几毫伏供电输入延迟符常用电子产品的供电问题电子产品供电电压：直流(DC)几伏~几十伏电插座电压：交流(AC)220V,50Hz？延迟符常用电子产品的供电问题平均值为0积分积分求平均值变压器降压弹幕：什么器件可以实现？延迟符解决方案：整流特性器件整流二极管(Diode)单向导电性参考方向定义一个最简单的应用电路结构单向导电性：正向导通，反向截止1

二极管基本特性—单向导电特性2晶体二极管伏安特性及其参数实测硅材料普通二极管的伏安特性曲线非线性曲线线性建模3伏安特性曲线建模问题①vDC的幅值远远大于VD(on)理想伏安特性曲线建模条件(1)理想二极管模型理想二极管符号①vDC的幅值远远大于VD(on)非线性分段线性模型例2.2

电路如图所示，试判断D1和D2的工作状态，并求解VO的值。弹幕！例2.2

电路如图所示，试判断D1和D2的工作状态，并求解VO的值。假设两个二极管均截止，则显然VD1<0，VD2>0，原假设不成立。例2.2

电路如图所示，试判断D1和D2的工作状态，并求解VO的值。再次假设D1截止，D2导通假设成立，D1截止，D2导通，小结：理想二极管分析二极管状态的步骤流程图小结：理想二极管分析二极管状态的步骤(1)假设电路中所有二极管均处于截止状态，用等效“断路”电路模型替代电路中的每一个二极管后，计算原每个二极管替代后阳极到阴极的电压差，记为VDi，其中i=1,2，……，n，n为电路中二极管的个数；(2)若所有VDi均小于0，则假设成立，分析结束；(3)若其中只有一个VDj大于0，其他均小于0，则假设不成立，重新假设该二极管Dj导通，用等效“短路”电路模型替代Dj，其余二极管均假设为截止，并用等效“断路”电路模型替代；(4)再次计算除二极管Dj外的其他二极管阳极到阴极的电位差，重复2,3步骤，直至所有二极管状态均判断完成；(5)在分析过程中若出现两个及以上二极管的电压差均大于0的情况，则比较大小，压差最大的二极管将“优先导通”，用等效“短路”电路模型替代Dj，并假设其他二极管均截止，重复步骤1~4，直至所有二极管状态均判断完成。(2)恒压降模型②vDC的幅值数量级不太大非线性分段线性模型等效电路模型在工程估算中应用最广例2.4

二极管电路如例图2.3(a)所示，设二极管的VD(on)=0.7V，输入信号为

，试画出输出信号波形。例2.4

二极管电路如例图2.3(a)所示，设二极管的VD(on)=0.7V，输入信号为

，试画出输出信号波形。例2.4

二极管电路如例图2.3(a)所示，设二极管的VD(on)=0.7V，输入信号为

，试画出输出信号波形。(3)折线模型③vDC的幅值数量级不太大，且有更高的精度要求等效电路模型(3)折线模型③vDC的幅值数量级不太大，且有更高的精度要求等效电路模型分段线性模型例2.5

二极管电路如例图2.5所示，要求采用折线模型分析，设二极管的VD=0.5V，rD

=5Ω，输入信号为，画出输出波形。例2.5

二极管电路如例图2.5所示，要求采用折线模型分析，设二极管的VD=0.5V，rD

=5Ω，输入信号为，画出输出波形。假设VD1、VD2截止，则VD1在时导通，在

时截止VD2在时导通，在时截止综上所述，当时，VD1截止，VD2导通，此时电路如左图，其中当时，VD1和VD2均截止，此时当时，VD1导通，VD2截止，此时例2.5

二极管电路如例图2.5所示，要求采用折线模型分析，设二极管的VD=0.5V，rD

=5Ω，输入信号为，画出输出波形。本次课学习目标能够说明单向导电性应用中二极管数学模型、小信号模型建模条件及用途；能够分析完整伏安特性曲线及二极管工作特性；能够说明击穿现象及齐纳二极管模型；(4)数学模型④精确计算要求Is:二极管反偏时的反向饱和电流值，其取值一般在10-15~10-13A之间，在工程应用中可视作近似为0；n：处于1和2之间的常数值，一般来说，除非特别说明，假定n=1；VT：热电压，一般取25mV。适合采用迭代法计算，常用于计算机仿真建模必须背下来(5)图形模型及图解分析法DiVDVDC二极管特性Q（工作点）负载线斜率=v0I静态工作点（直流工作点）(Quiescentoperatingpoint)⑤定性分析直流偏置技术：广泛用于非线性电路的应用设计中(6)小信号模型⑥有mV及以下数量级微弱信号需要通过二极管处理时显然：mV及以下数量级微弱信号无法打开二极管通过！！+直流偏置技术，以工作在正向导通状态(6)小信号模型⑥有mV及以下数量级微弱信号需要通过二极管处理时原理图①直流负载线叠加原理：①直流分析

+②交流分析直流工作点(6)小信号模型⑥有mV及以下数量级微弱信号需要通过二极管处理时原理图①直流负载线叠加原理：①直流分析

+②交流分析②交流变化(6)小信号模型⑥有mV及以下数量级微弱信号需要通过二极管处理时原理图①直流负载线叠加原理：①直流分析

+②交流分析动态电阻交流小信号线性模型数学建模过程假设二极管上的瞬时管压降为，则二极管总的瞬时电流为若交流部分信号幅度足够小，使得，即泰勒级数展开式交流小信号线性模型建模过程则瞬时电流表达式可近似为

即因此可得二极管交流小信号线性模型参数为二极管小信号条件为：小信号参数大小由直流工作点大小确定交流小信号模型rdrdCj低频小信号模型高频小信号模型（7）击穿状态下的二极管建模——齐纳二极管常见的齐纳二极管的反向击穿电压在1.8~200V之间应用：参考电压小电流应用时的稳压器齐纳二极管电路符号适用于IZ>IZK的情况，显然，VZ>VZ0某齐纳二极管在特性曲线Izk~Izmax间的线性部分段，当其电流IZ产生2mA变化时，VZ出现了50mV的变动，则这个齐纳二极管的阻抗是多少？该阻抗的大小说明了什么问题？Question1：开启弹幕Question1某齐纳二极管在特性曲线IZk~IZM间的线性部分段，当其电流IZ产生2mA变化时，VZ出现了50mV的变动，则这个齐纳二极管的阻抗是多少？该阻抗的大小说明了什么问题？该阻抗的大小说明电阻太小了，如果外电阻在千欧级，该电阻可以忽略不计一个输出端稳压值为10V的齐纳二极管稳压器，假设，击穿电流范围从最小4mA(IZk)到最大40mA(IZM)。那么在该电流范围下，最小和最大输入电压是多少？说明什么问题？Question2开启弹幕一个输出端稳压值为10V的齐纳二极管稳压器，假设，击穿电流范围从最小4mA(IZk)到最大40mA(IZM)。那么在该电流范围下，最小和最大输入电压是多少？说明什么问题？对于IZk=4mA时，R上的电压为∴输入电压为对于IZM=40mA时，R上的电压为∴输入电压为Question2说明了即使在输入信号大范围变化的前提下，齐纳二极管的输出电压还是稳定的（1）RL的变化范围；（2）电路的最大输出功率是多少？

（3）齐纳二极管的最大耗散功率例：电路如图所示，若vi=10V，R=100Ω，齐纳二极管的Vz=5V，IZK=5mA，IZmax=50mA，问：和限流电阻R上的耗散功率是多少？

思路：①器件工作状态判断；②电路功能判断；③根据条件选择合适模型进行替代；④电路分析过程学习目标能够按工程要求，对含二极管应用电路进行分析与设计(限幅电、逻辑、稳压、整流)能够说明本征半导体、杂质半导体、PN结等基本概念限幅电路逻辑电路（略）稳压电路（略）整流电路关注点：每类电路应用了二极管哪种工作特性决定选用哪种模型进行电路分析4

常见二极管应用电路1.限幅电路限幅电路能限制输出电压的变化范围，分为上限幅电路、下限幅电路和双向限幅电路例2.8

电路如例图2.8所示，稳压对管参数为VD(on)=0.7V，VZ=7.3V，rZ=0Ω，设输入信号，求电路的输入输出关系。

两个二极管的工作状态有几种可能组合？？弹幕该电路应用了二极管三种工作状态：导通：恒压降截止击穿例2.8

电路如例图2.8所示，稳压对管参数为VD(on)=0.7V，VZ=7.3V，rZ=0Ω，设输入信号，求电路的输入输出关系。

上：导通下：击穿上：击穿下：导通至少一个截止例2.8

电路如例图2.8所示，稳压对管参数为VD(on)=0.7V，VZ=7.3V，rZ=0Ω，设输入信号，求电路的输入输出关系。

例2.8

电路如例图2.8所示，稳压对管参数为VD(on)=0.7V，VZ=7.3V，rZ=0Ω，设输入信号，求电路的输入输出关系。

2.逻辑电路——单向导电性3.稳压电路——击穿特性或单向导电性4.整流电路——单向导电性直流稳压电源结构框图(1)半波整流电路①半波整流电路的输入、输出及二极管上电压信号波形②半波整流电路设计电路设计考虑哪些因素——器件选型二极管选择特性：单向导电性安全：可持续工作二极管相关参数单向导电性：击穿电压VBR安全性参数：正向导通最大平均电流IF②半波整流电路设计选择依据：二极管承受的峰值反向电压(PeakInverseVoltage)一般选择VBR至少为PIV的1.5~2倍的二极管②半波整流电路设计若V2足够大，忽略管压降，则可得输出电压均值为流过二极管的平均电流选择依据：二极管正向导通最大平均电流IF一般选择IF至少为ID(avg)的1.5~2倍的二极管(2)全波整流电路(2)全波整流电路(2)全波整流电路①全波整流电路的输入输出及二极管上电压信号波形半波整流全波整流②全波整流电路设计电路设计之器件选型二极管选择特性：单向导电性安全：可持续工作对称性：两管同型号二极管相关参数单向导电性：击穿电压VBR安全性参数：正向导通最大平均电流IF②全波整流电路设计选择依据：二极管承受的峰值反向电压(PeakInverseVoltage)一般选择VBR至少为PIV的1.5~2倍的二极管②全波整流电路设计若V2足够大，忽略管压降，则可得输出电压均值为流过二极管的平均电流选择依据：二极管正向导通最大平均电流IF一般选择IF至少为ID(avg)的1.5~2倍的二极管(3)桥式整流电路(全波整流)(3)桥式整流电路(全波整流)abD1、D2导通时(3)桥式整流电路(全波整流)abD3、D4导通时vD2类似分析(3)桥式整流电路(全波整流)abD1~D4均截止(3)桥式整流电路(全波