二極管電路分析

二極管電路分析第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日0二極管V-I特性曲線斜率為的負(fù)載線+-D例:二極管電路如圖（a）所示，設(shè)二極管的V-I特性曲線如圖（b）所示。已知電源vDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。靜態(tài)工作點(diǎn)Q(VD，ID)解：(a)(b)第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日

1.二極管V-I特性的建模

1.理想模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法在正向偏置時(shí)，其管壓降為0，而當(dāng)二極管處于反相偏置時(shí)，認(rèn)為它的電阻為無窮大，電流為零。uDiDO理想特性實(shí)際特性a.伏安特性b.電路符號(hào)–+uDiD第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日

1.二極管V-I特性的建模2.恒壓降模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法當(dāng)二極管導(dǎo)通后，其管壓降認(rèn)為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為0.7V(硅管）。第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日

1.二極管V-I特性的建模3.折線模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法

為了較真實(shí)地描述二極管V-I特性，在恒壓降模型的基礎(chǔ)上，做一定的修正，即認(rèn)為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加，所以在模型中用一個(gè)電池的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth約為0.5V（硅管）。第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日4.小信號(hào)模型

3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法在圖中串聯(lián)一個(gè)交流信號(hào)源+-D＋－當(dāng)0電路處于靜態(tài)工作狀態(tài)靜態(tài)工作點(diǎn)Q（VD，ID）當(dāng)工作點(diǎn)將在和之間移動(dòng)。二極管電壓和電流變化為和第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）由上看出，在交流小信號(hào)的作用小，工作電沿V-I特性曲線，在靜態(tài)工作點(diǎn)Q附近小范圍被變化，此時(shí)可把二極管V-I特性近似為以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線，斜率的倒數(shù)就是小信號(hào)模型的微變電阻，如圖。第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流（利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)電性）二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。

2.應(yīng)用舉例第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日

例1：二極管基本點(diǎn)路如圖所示，已知Vs為正弦波。利用二極管理想模型，繪出Vo的波形。RLvsvOvivott二極管半波整流1）整流電路解：由于Vs的值有正有負(fù)，當(dāng)Vs為正半周時(shí)，二極管正向偏置，此時(shí)二極管導(dǎo)通，Vo=Vs.當(dāng)Vs為負(fù)半周時(shí)，二極管反向偏置，此時(shí)二極管截止，Vo=0。該電路稱為半波整流電路。第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日正弦波信號(hào)原來是雙方向的，現(xiàn)在經(jīng)過二極管這個(gè)電路輸出變成單方向的，而且這個(gè)電方向取的是輸入一半的波形，所以叫做半波整流電路

uiuott

這個(gè)電路有什么用處？這是后面要介紹的直流穩(wěn)壓電源里面的一部分電路，我們知道直流電源輸入都是220V，要變成直流第一步就要把雙方向的變成單方向的，這就是整流的過程。第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.二極管的靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日

3.限幅電路

當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí),輸出電壓隨輸入電壓相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí),輸出電壓保持不變,這就是限幅電路。通常將輸出電壓uo開始不變的電壓值稱為限幅電平,當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí),輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。

第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日并聯(lián)二極管上限幅電路限幅電路如圖所示。改變Ｅ值就可改變限幅電平。

第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日Ｅ＝０V,限幅電平為０V。uｉ＞０時(shí)二極管導(dǎo)通,uo＝０V.并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日ui＜０V,二極管截止,uo＝uｉ。并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日設(shè)０＜Ｅ＜Um(輸入峰值電壓）,則限幅電平為＋Ｅ。當(dāng)uｉ＜Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日當(dāng)uｉ＞Ｅ,二極管導(dǎo)通,uo＝Ｅ。波形圖如圖(ｂ)所示。并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日

設(shè)-Ｕm＜Ｅ＜０,

如果uｉ＞Ｅ,二極管導(dǎo)通,uo＝Ｅ。則限幅電平為-E.并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日設(shè)-Ｕm＜Ｅ＜０,如果uｉ＜Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；波形圖如圖(ｃ)所示。并聯(lián)二極管上限幅電路二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日并聯(lián)下限幅電路Ｅ＝０V,限幅電平為０V。uｉ<０時(shí)二極管導(dǎo)通,uo＝０V；ui>０V,二極管截止,uo＝uｉ。波形如圖所示。uiuott第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日并聯(lián)下限幅電路

如果０＜Ｅ＜Um,則限幅電平為＋Ｅ。

uｉ<Ｅ,二極管導(dǎo)通,uo＝Ｅ。

uｉ>Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；波形圖如圖(ｂ)所示。uiuottＥ第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日并聯(lián)下限幅電路

如果－Ｕm＜Ｅ＜０,則限幅電平為-E,波形圖如圖所示。uiuottＥ第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日串聯(lián)限幅電路

Ｅ＝０V,限幅電平為VR。

ui＜VR時(shí)二極管導(dǎo)通,uo＝ui;

ui＞VR時(shí)二極管截止,uo＝VR,波形如圖所示。uiuottVR第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日

串聯(lián)限幅電路

Ｅ＝０V,限幅電平為VR。

ui＜VR時(shí)二極管截止,uo＝ui;

ui＞VR時(shí)二極管導(dǎo)通,uo＝VR,波形如圖所示。uiuottVR第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日雙向限幅電路第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日在電子電路中，常用限幅電路對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行處理。它是用來讓信號(hào)在預(yù)置的電平范圍中，有選擇地傳輸一部分。-+-+R(a)限幅電路例:一限幅電路如圖所示，二極管為硅二極管，分別用理想模型和恒壓降模型求解以下兩問：（1）求相應(yīng)的輸出電壓的值（2）繪出相應(yīng)的輸出電壓的波形第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日-+-+R(b)理想模型電路-+-+R(c)恒壓降模型電路（1）理想模型電路如圖(b)所示二極管截止二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通恒壓降模型電路如圖(c)所示二極管截止二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日0303.7（2）由于所加輸入電壓為振幅等于6V的正弦電壓，正半周有一段幅值大于VREF.對(duì)于理想模型，波形如圖(a)對(duì)于恒壓模型，第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日4.開關(guān)電路

在開關(guān)電路中，利用二極管的單向?qū)щ娦砸越油ɑ驍嚅_電路，這在數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用。在分析這種電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)掌握一條基本原則，即判斷電路中的二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止?fàn)顟B(tài)。第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日5V例：二極管電路如圖所示。利用二極管理想模型求解：求的值不同組合情況下，輸出電壓的值。＋＋＋－－5V解：當(dāng)D1為正向偏置D2的陰極電位為5V，陽極為0V，處于反相偏置，故D2截止。第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日5.低電壓穩(wěn)壓電路利用二極管的正向壓降特性，可以獲得較好的穩(wěn)壓性能。＋－設(shè)低電壓穩(wěn)壓電路如圖。合理選取電路參數(shù)，對(duì)于硅二極管，可以獲得輸出電壓近似等于0.7V，若采用幾只二極管串聯(lián)，則可獲得1V以上的輸出電壓。第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日＋－＋－＋－由于某種原因，入電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起直流電源電壓VI產(chǎn)生波動(dòng)，這個(gè)波動(dòng)分量用ΔVI表示，波形是任意的，它與VI串聯(lián)共同作用于R（限流電阻）和二極管D相串聯(lián)的支路如圖。電路中VI

、R和二極管D共同確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。當(dāng)波動(dòng)電壓增量ΔVI出現(xiàn)之后，電路中的電流和二極管電壓亦產(chǎn)生相應(yīng)的增量，0ΔVI引起的的波動(dòng)很小輸出電壓可以保持基本穩(wěn)定。V-I特性曲線越陡，微變電阻rd越小，穩(wěn)定性也越好。第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日6.小信號(hào)工作情況分析

在利用小信號(hào)模型分析二極管電路時(shí)，要特別注意微變電阻rd與靜態(tài)工作點(diǎn)Q有關(guān)。一般首先分析電路的靜態(tài)工作情況，求得靜態(tài)工作點(diǎn)Q；其次，根據(jù)Q點(diǎn)算出微變電阻rd；再次，根據(jù)小信號(hào)模型交流電路模型，求出小信號(hào)作用小電路的交流電壓、電流；最后與靜態(tài)值疊加，得到完整的結(jié)果。第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日例3.4.6在圖（a)所示的二極管電路中，恒壓降模型的（1）求輸出電壓的交流量和總量；（2）繪出的波形。解：（1）根據(jù)疊加原理，可以將兩個(gè)電壓源的作用分開考慮，得到相應(yīng)的電路模型圖（b)和圖(c)。圖(c)中只有交流分量，稱為交流通路，它反映了電路的動(dòng)態(tài)工作情況。圖（b)只有直流分量，稱為