二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法

1、1.3.1 理想模型分析法和恒壓降模型分析法理想模型分析法和恒壓降模型分析法1.3.2 圖解分析法和小信號模型分析法圖解分析法和小信號模型分析法二極管電路分析思路二極管電路分析思路uDVDDR1.2 V100 iDuD = VDD iDRiD = f (uD) 求解求解可得二極管電流、電壓可得二極管電流、電壓圖解分析法圖解分析法模型分析法模型分析法仿真分析法仿真分析法一、理想模型和恒壓降模型的建立一、理想模型和恒壓降模型的建立1.3.1 理想模型分析法和恒壓降模型分析法理想模型分析法和恒壓降模型分析法1. 理想模型理想模型iDuDO O圖形符號圖形符號正偏時導通，正偏時導通，uD = 0反偏時

2、截止，反偏時截止， iD = 0 U(BR)= 2. 恒壓降模型恒壓降模型iDuDO OUD(on)等效電路等效電路 正偏電壓正偏電壓 UD(on) 時導通，等效為恒壓源時導通，等效為恒壓源 UD(on) 否則截止，等效為開路。否則截止，等效為開路。二、模型的選用二、模型的選用例例1.3.1 硅二極管電路如圖所示，硅二極管電路如圖所示，R = 2 k ，試用二極管理想模，試用二極管理想模型和恒壓降模型求出型和恒壓降模型求出 VDD = 2 V 和和 VDD = 10 V 時時 IO 和和 UO 值。值。UOVDDIOR解：解：UOVDDIORUD(on)UOVDDIOR當當VDD = 2 V

3、時時 ，IO = VDD / R = 2 V/ 2 k = 1 mAUO = VDD = 2 V采用理想模型分析法得采用理想模型分析法得采用恒壓降模型分析法得采用恒壓降模型分析法得UO = VDD UD(on) =（ 2 0.7 ）V= 1.3 VIO = UO / R = 1.3 V/ 2 k = 0.65 mA當當VDD =10 V 時，時，采用理想模型分析法得采用理想模型分析法得 UO = 10V， IO =5 mA 采用恒壓降模型分析法得采用恒壓降模型分析法得UO = 9.3V， IO =4.65 mA %54V3 . 1V7 . 0OOUU%5 . 7V3 . 9V7 . 0OOUU

4、 由該例可見：由該例可見： VDD 大時可采用理想模型；大時可采用理想模型； VDD 小時應(yīng)采用恒壓降模型。小時應(yīng)采用恒壓降模型。二、模型的選用二、模型的選用 續(xù)續(xù) 欲得更高計算精度，可采用欲得更高計算精度，可采用三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析例例1.3.2 試求圖示硅二極管電路中電流試求圖示硅二極管電路中電流 I1、I2、IO 和輸出電壓和輸出電壓 UO 的值。的值。PNVDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12V 解：解：假設(shè)二極管斷開假設(shè)二極管斷開UP = 15 V9V12V133 DD2LLN VRRRUUP N 0.7V，二極管導通，二極

5、管導通，等效為等效為 0.7 V 的恒壓源的恒壓源解：解：假設(shè)二極管斷開假設(shè)二極管斷開UP = 15 V9V12V133 DD2LLN VRRRUUP N 0.7V，二極管導通，二極管導通，等效為等效為 0.7 V 的恒壓源的恒壓源UO= VDD1 UD(on)= （15 0.7）V = 14.3 VIO= UO / RL= 14.3 V/ 3 k = 4.8mAI1= IO + I2 = （4.8 + 2.3） mA = 7.1 mAI2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) V/ 1 k = 2.3 mAPNVDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12VVD

6、D10.7V例例1.3.2 試求圖示硅二極管電路中電流試求圖示硅二極管電路中電流 I1、I2、IO 和輸出電壓和輸出電壓 UO 的值。的值。三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)例例1.3.3 下圖所示電路中，輸入電壓下圖所示電路中，輸入電壓 為振幅為振幅15V的正弦波，試畫的正弦波，試畫出輸出電壓波形。出輸出電壓波形。三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)解題分析：解題分析：u i 為交變大信號，因此二極管交為交變大信號，因此二極管交替工作于導通和截止狀態(tài)。替工作于導通和截止狀態(tài)。u i 振幅遠大于振幅遠大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。，因此可

7、采用理想模型分析法。 解：解：u i 為正半周時，二極管正偏導通，為正半周時，二極管正偏導通，u o= u i 例例1.3.3 下圖所示電路中，輸入電壓下圖所示電路中，輸入電壓 為振幅為振幅15V的正弦波，試畫的正弦波，試畫出輸出電壓波形。出輸出電壓波形。三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)解題分析：解題分析：u i 為交變大信號，因此二極管交為交變大信號，因此二極管交替工作于導通和截止狀態(tài)。替工作于導通和截止狀態(tài)。u i 振幅遠大于振幅遠大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。，因此可采用理想模型分析法。 解：解：u i 為正半周時，二極管正偏導通，為正半周時，二極管正

8、偏導通，u o= u i u i 為負半周時，二極管反偏截止，為負半周時，二極管反偏截止，u o= 0 例例1.3.3 下圖所示電路中，輸入電壓下圖所示電路中，輸入電壓 為振幅為振幅15V的正弦波，試畫的正弦波，試畫出輸出電壓波形。出輸出電壓波形。三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)解題分析：解題分析：u i 為交變大信號，因此二極管交為交變大信號，因此二極管交替工作于導通和截止狀態(tài)。替工作于導通和截止狀態(tài)。u i 振幅遠大于振幅遠大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。，因此可采用理想模型分析法。 解：解：u i 為正半周時，二極管正偏導通，為正半周時，二極管正偏導通，

9、u o= u i u i 為負半周時，二極管反偏截止，為負半周時，二極管反偏截止，u o= 0 故可畫出故可畫出u o波形為波形為此為半波整流電路此為半波整流電路例例1.3.4 下圖所示的二極管電路中，設(shè)下圖所示的二極管電路中，設(shè) VA、VB 均為理想二極管，均為理想二極管，當輸入電壓當輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，的不同組合時，求輸出電壓求輸出電壓 UO 的值。的值。電路電路習慣畫法習慣畫法三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)例例1.3.4 下圖所示的二極管電路中，設(shè)下圖所示的二極管電路中，設(shè) VA、VB 均為理

10、想二極管，均為理想二極管，當輸入電壓當輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，的不同組合時，求輸出電壓求輸出電壓 UO 的值。的值。輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電壓電壓UAUBVAVB0 V0 V正偏正偏導通導通正偏正偏導通導通0 V解：解：0V0V 三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)例例1.3.4 下圖所示的二極管電路中，設(shè)下圖所示的二極管電路中，設(shè) VA、VB 均為理想二極管，均為理想二極管，當輸入電壓當輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，的不同組合時

11、，求輸出電壓求輸出電壓 UO 的值。的值。輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電壓電壓UAUBVAVB0 V0 V正偏正偏導通導通正偏正偏導通導通0 V解：解：0V5V0 V5 V正偏正偏導通導通0 V反偏反偏截止截止 三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)例例1.3.4 下圖所示的二極管電路中，設(shè)下圖所示的二極管電路中，設(shè) VA、VB 均為理想二極管，均為理想二極管，當輸入電壓當輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，的不同組合時，求輸出電壓求輸出電壓 UO 的值。的值。輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電

12、壓電壓UAUBVAVB0 V0 V正偏正偏導通導通正偏正偏導通導通0 V解：解：5V0V0 V5 V正偏正偏導通導通0 V反偏反偏截止截止5 V0 V正偏正偏導通導通0 V反偏反偏截止截止三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)例例1.3.4 下圖所示的二極管電路中，設(shè)下圖所示的二極管電路中，設(shè) VA、VB 均為理想二極管，均為理想二極管，當輸入電壓當輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時，的不同組合時，求輸出電壓求輸出電壓 UO 的值。的值。輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電壓電壓UAUBVAVB0 V0 V正偏正

13、偏導通導通正偏正偏導通導通0 V解：解：5V5V0 V5 V正偏正偏導通導通0 V反偏反偏截止截止5 V0 V正偏正偏導通導通0 V反偏反偏截止截止 5 V5 V正偏正偏導通導通正偏正偏導通導通5 V實現(xiàn)了實現(xiàn)了與與功能功能三、二極管應(yīng)用電路及其分析三、二極管應(yīng)用電路及其分析 續(xù)續(xù)-V26V+ +V1例例1.3.5 試分析下圖所示的硅二極管電路試分析下圖所示的硅二極管電路:（1）畫出電壓傳輸特性曲線；）畫出電壓傳輸特性曲線；（2）已知）已知u i10sin t V，畫出畫出u i 和和u O的波形的波形。 5.1k- -+ui+-2V+-V24V- -+ +uOV1 （1）分析電路工作情況）分

14、析電路工作情況 當當 u i 2.7V 時，時，V1管導通，管導通，V2管截止，管截止，u O 2.7V ；當；當 4.7V u i 2.7V 時，時， V1管和管和V2管均截止，管均截止，u O u i ；當當 u i 4.7V 時，時，V1管截止，管截止，V2管導通，管導通，u O 4.7V。 解：解：5.1k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD1+- -0.7V5.1k- -+ui+-2V+-V24V- -+ +uOV15.1k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD15.1k- -+ui+-2V+-V24V- -+ +uOV15.1k- -+ui+-2V

15、+-VD24V- -+ +uOVD1_ _+ +0.7V斷開二極管，分析各二極管導通條件：斷開二極管，分析各二極管導通條件：V1只能在只能在u i 2.7V 時導通；時導通；V2只能在只能在u i 4.7V時導通；時導通；當當 4.7V u i 2.7V 時，時， 兩管均截止兩管均截止例例1.3.5 解續(xù)解續(xù)24-2-40BADCui/V24-4-2uO/V-4.72.70tuO/Vt0ui/V2.7-4.710-10雙向限幅電路雙向限幅電路用以限制信號電壓范圍，常用作保護電路。用以限制信號電壓范圍，常用作保護電路。（2）畫出電壓傳輸特性曲線和）畫出電壓傳輸特性曲線和 u i 、 u O 的波

16、形，如下圖所示。的波形，如下圖所示。 一、二極管電路的直流圖解分析一、二極管電路的直流圖解分析 M（VDD ,0）N （ 0 , VDD/R ） 直流負載線直流負載線直流工作點參數(shù)為：直流工作點參數(shù)為： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA二極管直流電阻二極管直流電阻 140mA 5/V7 . 0QQDIURuDVDDR1.2 V100 iD直流工作點直流工作點QIQUQiD / mA12840 0.3 0.6uD / V1.20.9uD = VDD iDRiD = f (uD) 求解求解可得二極管電流、電壓可得二極管電流、電壓Q點越高，點越高，二極管直流電阻越小二極管直流電阻越小。1.3.

17、2 圖解分析法和小信號模型分析法圖解分析法和小信號模型分析法iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tOn 靜態(tài)靜態(tài) 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 n 動態(tài)動態(tài) 動態(tài)分析動態(tài)分析dQDiIi dQDuUu n 總量總量=靜態(tài)量靜態(tài)量+ 動態(tài)量：動態(tài)量： , 二、二極管電路的交流圖解分析二、二極管電路的交流圖解分析C 對交流信號近似短路對交流信號近似短路VDDuiuDRCiD ui =Uimsin t ，Uim很小很小id二、二極管電路的交流圖解分析二、二極管電路的交流圖解分析 tO uD ud = uiiD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQU

18、QiD / mA tO tO uiid三、二極管電路的小信號模型分析法三、二極管電路的小信號模型分析法斜率斜率1/rdQiurDDddd didddrurui 二極管的小信號模型二極管的小信號模型UQ= UD(on)RUVIQDDQ n工程中，工程中，動態(tài)分析采用小信號模型分析法動態(tài)分析采用小信號模型分析法靜態(tài)分析采用估算法：靜態(tài)分析采用估算法：iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tO tO uiid斜率斜率1/rd)1e ( TD/SD UuIi由由TQTSdTQe1UIUIrUU 得得rd = UT / IQ 26 mV / IQ交流電阻交流電阻rd 很小

19、。很小。IQ越大，越大，rd 越小越小二極管的小信號模型二極管的小信號模型QiurDDddd 三、二極管電路的小信號模型分析法三、二極管電路的小信號模型分析法例例1.3.7 圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓U I為為10V，試分析，試分析當當U I 變化變化 1V時輸出電壓時輸出電壓U O的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。 U I有有變化時的變化時的等效電路等效電路 1. 靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：求求U I 為為10V、變化量為零、變化量為零時的時的U O、I Q 2. 動態(tài)分析動態(tài)分析: 求求U I變化變化 1V時相應(yīng)變化量時相應(yīng)變化

20、量U O rd = 26mV / IQ mA= 26 / 3.1 8.39 例例1.3.7 電路電路解：解：mV79. 2V)1 (300039. 839. 8IddO URrrU例例1.3.7 電路的電路的小信號等效電路小信號等效電路U O =UQ 0.7 V,IQ = (10 0.7) V/3k = 3.1 mA圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓圖示為硅二極管低電壓穩(wěn)壓電路，輸入電壓U I為為10V，試分析，試分析當當U I 變化變化 1V時輸出電壓時輸出電壓U O的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。 U O =UQ 0.7 V,IQ = (10 0.7) V/3k =

21、 3.1 mA2. 動態(tài)分析動態(tài)分析: 求求U I變化變化 1V時相應(yīng)變化量時相應(yīng)變化量U O rd = 26mV / IQ mA= (26 / 3.1 ) 8.39 例例1.3.7 電路電路mV79. 2V)1 (300039. 839. 8IddO URrrUUOU OU O 700 mV 2.79 mV3. 綜合分析綜合分析:利用二極管的正向恒壓特性可進行穩(wěn)壓，但一般只用于利用二極管的正向恒壓特性可進行穩(wěn)壓，但一般只用于34V以下。以下。 1. 靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：求求U I 為為10V、變化量為零、變化量為零時的時的U O、I Q 解：解：例例1.3.7怎樣選用合適的分析方法對二極管應(yīng)用電路進行分析怎樣選用合適的分析方法對二極管應(yīng)用電路進行分析 ？ 討論討論答：二極管電路分析方法主要有圖解分析法和模型分析法，前者常答：二極管電路分析方法主要有圖解分析法和模型分析法，前者常用于觀察器件工作情況是否合適，后者用以分析電路性能，通常采