模拟电子技术1.3 半导体二极管应用电路

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1.3半导体二极管应用电路1.3.1半导体二极管直流电路分析1.3.2

半导体二极管交流电路分析及仿真1.3.3

含二极管电路既有直流信号源也有交流信

号源1.3.4二极管稳压电路1.3.5其他类型二极管简介

1.3.1半导体二极管直流电路分析工程中常采用近似的分析方法

正偏导通相当于一个电源（电压为二极管导通电压，硅管约为

0.7V，锗管约0.2V）。发光二极管的导通电压与所用的材料有关，不同颜色导通电压不同。

理想情况下，二极管正偏导通相当于开关闭合，其两端电压近似为

0，反偏时相当于开关断开，电流为零，反向击穿电压为无穷大。

1.3.1半导体二极管直流电路分析

在分析计算时，应先判断二极管是否导通，然后再选择合适的模型进行计算。

断开二极管，观察或计算加在二极管正负极的电压，如正偏电压大于或等于导通电压，则二极管导通；若反偏或正偏电压小于导通电压，则二极管截止。

【例1.3.1】如图1.3.2（a）所示硅二极管和电阻组成的串联电路，（1）计算UD、UR和ID？；（2）U=0.3V，请问二极管是否导通？这时UD、UR和ID又等于多少？（3）如果将二极管正负极反着接，UD、UR和ID又等于多少？

1.3.1半导体二极管直流电路分析（1）计算UD、UR和ID？断开二极管

大于硅二极管的导通电压0.7V，二极管导通后等效为0.7V的恒压源UD=0.7V

【例1.3.1】（2）如果U=0.3V，移除二极管后其两端电压小于硅二极管的导通电压，二极管截止。（3）如果将二极管正负极反着接，电流方向与二极管箭头符号方向相反，二极管反偏截止，二极管等效于开路。

1.3.1【例1.3.2】【例1.3.2】如图1.3.4（a）所示硅二极管和红色发光二极管串联电路，红色二极管的导通电压为1.8V.试求UO和ID。

解：由于电流方向与二极管箭头的方向一致，两个二极管都是正偏，且U=10V（>0.7V+1.8V），两个二极管均导通，【例1.3.3】如图1.3.5（a）所示硅二极管和绿色发光二极管并联，绿色发光二极管的导通电压为2V，试求电阻R=2kΩ两端电压UO。

1.3.1【例1.3.3】解：硅二极管导通，两端电压0.7V，无法达到绿色发光二极管的导通电压，所以发光二极管截止。

蓝色发光二极管正偏导通，红色发光二极管反偏，两端电压大于它的反向击穿电压3V，红色发光二极管两端电压锁定在3V，3V电压加在蓝色发光二极管两端不足以使其导通，所以实际上两个发光二极管都处于截止状态，都不发光。但红色发光二极管中有反向击穿电流，蓝色发光二极管中也有很小的正向电流。

1.3.1【例1.3.3】【例1.3.4】图1.3.7所示的二极管电路中，设VD1和VD2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压6V的不同组合时，求输出电压UO的值。

1.3.1【例1.3.4】输入电压二极管工作状态输出电压UAUBVD1VD2UO00正偏导通正偏导通006V正偏导通反偏截止06V0反偏截止正偏导通06V6V正偏导通正偏导通6V“与门”电路，当输入有低电压（0V），输出就是低电压（0V），只有当输入均为高电压（6V）时，输出才为高电压（6V）。1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真1.整流电路（1）半波整流电路

常用于开关电源、直流升压电路的设计，也常用于阻性负载的功率调节，比如电烙铁、电饭煲、电热毯、电吹风等电器两个档位的调节。1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真（2）桥式整流电路二极管不同引脚相连接输入电压，相同引脚相连接负载1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真（2）桥式整流电路正半周，VD1和VD3导通，VD2和VD4截止负半周，VD2和VD4导通，VD1和VD3截止1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真减小输出脉动，提高整流效率。1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真+uo

RL~

两个二极管不同引脚连在一起的接头接输入电压，相同引脚连在一起的接头接负载，不要接错。1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真2.

削波电路（1）二极管与负载串联，负载输出1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真（2）二极管与负载串联，含二极管支路输出【例1.3.6】图1.3.20所示电路，设二极管是理想二极管，输入是幅度为20V的三角波，画出输出电压uO的波形。解：当uI≤4V时，二极管导通，uO=4V;

当uI>4V时，二极管截止，uO=uI。1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真【例1.3.7】分析如图1.3.22（a）所示的硅二极管电路，导通压降为0.7V。（1）画出电压传输特性曲线；（2）已知uI=20sinωt，画出uI和uO的波形。解：①当uI≥12.7V时，VD1管导通，VD2管截止，uO=12.7V②当-5.7V<uI<12.7V，VD1管和VD2管均截止，uO=uI③uI<-5.7V，VD1管截止，VD2管导通，uO=-5.7V1.3.2半导体二极管交流电路分析及仿真3.钳位电路（ClamperCircuit）由电容C、二极管VD及电阻R构成的电路正半周时，二极管导通，uO=0；负半周，二极管截止，uO=-2U1.3.3有直流信号源也有交流信号源

【例1.3.8】如图1.3.24（a）所示含硅二极管电路，设输入信号为uI=5sinωt，试画出输出电压uO波形。解：（1）恒压源单独作用

(a)

(b)

(c)

(d)

(a)电路图

(b)直流电源单独作用电路图

(c)直流电源单独作用二极管导通(d)交流电源单独作用二极管交流电阻为（2）交流信号源ui单独作用时1.3.2【例1.3.8】（3）根据叠加原理可得输出电压1.3.4二极管稳压电路正常情况下稳压管工作在反向击穿区【例1.3.9】如图1.3.27所示稳压电路中，已知稳压管参数为UZ=12V，IZ=5mA，允许通过的最大电流IZM=50mA。（1）试分析稳压管稳压原理；（2）若UI=5V，RL=R=1kΩ，求UO；（3）若UI=30V，其允许变化量为±5V，IO的变化范围为0～20mA，试选择限流电阻R的阻值与功率。1.3.4二极管稳压电路【例1.3.9】解：（1）对任何稳压电路，应该从两个方面考虑其稳压特性，一是输入电压UI波动，另一方面是负载RL变化。UI增大，RL不变时UI不变，RL增大（2）当UI=5V

时，稳压管反偏截止【例1.3.9】（3）当UI=30V时，只要R值合适，电路可稳压工作。R值应使IDZ≤IZMR值应使IDZ≥IZ

应根据460Ω<R<520

Ω选取电阻R的值，取R=500

Ω，R上的最大功耗为【例1.3.9】考虑一定的安全裕量，可选用500Ω、2W的电阻。1.3.5其他类型二极管简介1.发光二极管

当正偏导通时，光亮度随电流增大而增强，电源可以是直流、交流或脉冲信号。1.3.5其他类型二极管简介2.光电二极管

使用时应注意光电二极管PN结反偏，在光信号照射下，反向电流随光照强度的增加而上升（这时的反向电流称为光电流），由发光二极管和光电二极管可构成具有三只引脚或四只引脚的光电耦合器。

光电耦合器是把发光元件与受光元件都封闭在一个不透光的管壳内，多用于抗干扰电路、逻辑电路、模/数转换、长线传输、过流保护及高压控制，可实现远距离非直接控制。3.变容二极管1.3.5其他类型二极管简介

当在二极管两端加上反向偏压时，会产生电容效应，通常变容二极管的电容量随反向偏压增大而减小。

除了上面讲的这几种二极管之外，还有隧道二极管、磁敏二极管、温度效应二极管、双向击穿二极管、交流开关二极管、体效应二极管、肖特基二极管等。小小元件用途广一、基础与核心应用（基于单向导电性）1.整

流功能：将交流电转换为直流电。原理：利用单向导电性，只保留交流电的正半周（或负半周），截掉另一半，得到脉动的直流电。实例：各种电源适配器内都有整流桥将来自插座的交流电变成直流电。2.反向保护/防反接功能：防止因电源正负极接反而烧毁电路。原理：将二极管正向串联在电路中。电源正确连接，二极管导通，电路正常工作；当电源反接时，二极管截止，电路中没有电流，保护了后级的精密元件。实例：汽车电子产品、电池供电的设备中很常见。3.检

波功能：从高频信号中提取有用的低频信号（如音频信号）原理：与整流类似实例：调幅收音机利用二极管检波从接收的无线电波中还原出声音信号4.续流/飞轮

功能：保护电路中