二极管基本应用电路及其分析方法.ppt

1、第1章 半导体二极管及其电路分析,1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管及其特性 1.3 二极管基本应用电路及其分析方法 1.4 特殊二极管,1.3 二极管基本应用电路及其分析方法,1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模型,1.3.2 图解分析法和小信号模型分析法,1.3 二极管基本应用电路及其分析方法,两种分析方法： 图解法：求两条曲线的交点。,模型分析法：将非线性器件近似用电路模型（线性的）来等效，然后分析计算。,二极管的模型: 对于直流：理想模型、恒压降模型等； 对于交流：小信号模型。,1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模型,一、理想模型和恒压降模型的建立,符号：,1.理想模型

2、,理想二极管特性：,1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模型,一、理想模型和恒压降模型的建立,2.恒压降模型,等效电路,正偏电压 UD(on) 时导通，二极管等效为恒压源 UD(on)； 否则截止，二极管等效为开路。,例1.3.1 已知R = 2 k，试用理想模型和恒压降模型 求 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 。,解：,（板书详解）,例1.3.1 已知R = 2 k，试用理想模型和恒压降模型求 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 。,解：,由该例可见:VDD 大时可采用理想模型 VDD 小时应采用恒压降模型,欲得更高计算精度，可

3、采用二极管的折线模型,二极管的折线模型模型:,rD 称为导通电阻,等效电路,更接近实际特性！,二、理想模型和恒压降模型应用举例,例1.3.2 试求图示硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 值。(用恒压降模型),解：先移开二极管,UP = 15 V,因UP N 0.7V，故接上二极管后，二极管导通，等效为 0.7 V 的恒压源。,例1.3.2 试求图示硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 值。,解：,二极管等效为 0.7 V 的恒压源。,UO= VDD1 UD(on)= （15 0.7） = 14.3 V,IO= UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8

4、mA,I1= IO + I2 = （4.8 + 2.3）= 7.1 mA,I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 mA,例1.3.4 如图电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极管，当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和高电压 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。,电路,0 V,0 V,导通,导通,0 V,解：,例1.3.4 如图电路中，当UA、UB 为 0 V 和 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。,0 V,0 V,导通,导通,0 V,0 V,5 V,导通,0 V,截止,解：,例1.3.4 如图电路中，当UA、UB 为 0

5、 V 和 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。,0 V,0 V,导通,导通,0 V,0 V,5 V,导通,0 V,截止,5 V,0 V,导通,0 V,截止,解：,例1.3.4 如图电路中，当UA、UB 为 0 V 和 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。,0 V,0 V,导通,导通,0 V,0 V,5 V,导通,0 V,截止,5 V,0 V,导通,0 V,截止,5 V,5 V,导通,导通,5 V,实现了“与”功能,解：,例1.3.4 如图电路中，当UA、UB 为 0 V 和 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。,例1.3.5 试分析下图所示的硅二极管电路: （1）

6、画出电压传输特性曲线； （2）已知u i10sin t (V)，画出u i 和u O的波形。,解：,断开二极管，分析各二极管导通条件： V1只可能在u i 2.7V 时导通； V2只可能在u i - 4.7V时导通； 当 - 4.7V u i 2.7V 时， 两管均截止,例1.3.5（1）画出电压传输特性曲线； （2）已知u i10sin t (V)，画出u i 和u O的波形。,(1)分析电路工作情况 ui 2.7V 时，V1导通、 V2截止，uO 2.7V - 4.7V u i 2.7V 时， V1和V2均截止，uOui ui - 4.7V 时，V1截止， V2导通，uO - 4.7V,解

7、：,ui/V,uo/V,双向限幅电路用以限制信号电压范围，常用作保护电路。,（2）电压传输特性曲线和 u I 和 u O 的波形,解：,一、二极管电路的直流图解分析,1.3.2 图解分析法和小信号模型分析法,一、二极管电路的直流图解分析,M（VDD ,0）,N （ 0 , VDD/R ）,直流工作点参数为： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA,二极管直流电阻：,直流工作点,Q,Q点越高，二极管直流电阻越小 。,VDD,VDD/ R,Q,IQ,UQ,动态、动态分析,总量 = 静态量+ 动态量：,二、二极管电路的交流图解分析,VDD,VDD/ R,Q,IQ,UQ,UQ= UD(on),工程上，

8、静态分析通常采用估算法：,二、二极管电路的交流图解分析,动态分析通常采用小信号模型分析法。,斜率1/rd,三、二极管电路的小信号模型分析法,rd = UT / IQ 26 mV / IQ,二极管的交流电阻rd 很小。IQ越大，rd 越小。,二极管的小信号模型,例1.3.7,图示电路，输入电压U I为10V，试分析当U I 变化 1V时U O的相应变化量和输出电压值。,U I变化时的等效电路,1、静态分析：U I =10V时的U O、I Q,U O =UQ 0.7 V,IQ = (100.7) /3 = 3.1 mA,2. 动态分析: 求UI变化 1V时相应变化量UO,解：,2.动态分析,rd

9、= 26 / IQ = 26 / 3.1 8.39 ,UOUOUO 700 mV 2.79 mV,3.综合分析,解：,例1.3.7,图示电路，输入电压U I为10V，试分析当U I 变化 1V时U O的相应变化量和输出电压值。,讨论题：,1.怎样选用合适的分析方法对二极管应用电路进行分析 ？,答：二极管电路的分析方法主要有图解分析法和模型分析法，前者常用于观察器件工作点是否合适，后者常用以分析电路性能。,答续：用模型法分析二极管电路时，应根据二极管在电路所起的主要作用，选用合适的模型。对直流电路或大信号电路，二极管主要起单向导电作用，可采用理想模型或恒压降模型加以分析。若可忽略二极管导通电压时，则可采用理想模型，否则宜采用恒压降模型。分析电路时，首先应判断二极管的工作状态，当二极管处于导通状态时，可应用箝位概念分析电路，