极管基本电路及其分析方法.ppt

3.4 二极管基本电路及其分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一 般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比 较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件 是已知二极管的V -I 特性曲线。 例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和 电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的KVL方程，可得 即 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 1.二极管V-I 特性的建模 将指数模型 分段线性化，得到二极 管特性的等效模型。 （1）理想模型 （a）V-I特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 1.二极管V-I 特性的建模 （2）恒压降模型 （a）V-I特性 （b）电路模型 （3）折线模型 （a）V-I特性 （b）电路模型 1.二极管正向V - 特性的建模 uD iD 电路模型 SS 正向偏置，其压降 为0V;而在反向偏 置时，认为电阻无 穷大 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 1)理想模型 ：判断二极管通断 二极管导通后,其管压降认为是恒定的,且不 随电流而变化,典型值是 0.7V。不过，这只有当二 极管的电流iD近似等于或大于1mA时才正确。 iD vD 电路模型 2 2）恒压降模型）恒压降模型 iD + _ vD 0.7V 0.7V ：信号幅度远大于二极管压降：信号幅度远大于二极管压降 3) 折线模型 其中，Vth和rD的值不是 固定不变的。 iD vD 电路模型 + _ vD iD Vth rD Vth 二极管的管压降不 是恒定的，而是随着通 过二极管电流的增加而 增加。Vth约为0.5V(硅） ：信号幅度不能远大于二极管压降 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 1.二极管V-I 特性的建模（4）小信号模型 vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（VmVN，则理想二极管导通，用短路代替； 若VNVP，则理想二极管截止，用开路代替。 4）分析电路中待求量。 习题：P97页 3.4.5电路如图，求电路如图，求V VAO AO。 V VP P = =6 V 6 V V VN N = = 12 V12 V 解：解：取取 O O 点作点作参考点参考点 D 6V 12V 3k O A VAO + NP V VP P V VN N 二极管导通二极管导通 V V AO AO = = 6V6V D 6V 12V 3k O A VAO + NP 6V 12V 3k O A VAO + NP O D2 15V 12V 3k A D1 VAO + P2N2 P1N1 解：解：取取OO点作参考点点作参考点 V V P1P1 = 0 V = 0 V， V VP2 P2 = = 15 V15 V， V VD1 D1 V VD2 D2 D D 1 1 优先导通，优先导通， D D 2 2 截止。截止。 V V D1D1 = 12V = 12V，V VD2 D2 = = 3V3V V V N1N1 = = V VN2 N2= = 12 V12 V 若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，V VAO AO = 0 V = 0 V O D2 15V 12V 3k A D1 VAO + P2N2 P1N1 O 15V 12V 3k A VAO + P2N2 P1N1 习题：习题：P97 P97 页页 3.4.63.4.6 15V 10V + R1 R6 R5 R4 R3 R2 AB P D N 15V 10V + R1 R6 R5 R4 R3 R2 AB P D N 15V 10V + R1 R6 R5 R4 R3 R2 AB PN 例3.4.2 1) 整流电路 vD O 2 工作波形 vo O 1 工作原理 v vS S 0 0( (正半周正半周) )，即即V V P P VV N N ，D D通通， R vO + _ D + _ vs PN v vS S 0 0( (负负半周半周) )，即即V V N N VV P P ，D D止止， ，V V P P V V S S ，V VN N = = 0 0 D D断开断开 R vO + _ D + _ vs PN R vO + _ D + _ vs PN vs t O v v 0 0 = = v vs s R vO + _ D + _ vs PN v v 0 0 = 0= 0 R vO + _ D + _ vs PN + _vD R vO + _ D + _ vs 习题习题P97P97页页 3.4.1 3.4.23.4.1 3.4.2 ? 例3.4.3 设简单二极管基本电路如图(a)示，R=10k, 图(b)是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的 D和 VD的值：(1)VDD=10V；(2)VDD=1V。在每种情况下 ，应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。 2) 静态工作情况分析 图（b）图（a) VDD a.使用理想模型 b.使用恒压降模型 c.使用折线模型 R + _ R + _ 0.7V R + _ 0.5V rD D D导通导通 解： D D导通导通 D D导通导通 理想模型恒压压降模型折线线模型 (V) (mA ) 将数据带入上述公式得下表： 由上分析，可得如下结论： 在电源电压远大于二极管压降时，恒压降模型能 得出较合理得结果； 0 0 0 0 1 1 0.10.1 0.70.7 0.930.93 0.70.7 0.030.03 0.690.69 0.9310.931 0.510.51 0.0490.049 而当电源电压较低时，折线模型 能得到较满意得结果。 在电子技术中，常用限幅电路对各种信号进行 处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选 择地传输一部分。 3) 3) 限幅电路限幅电路 根据二极管的位置不同，限幅电路有三种基本 形式：上限幅器，下限幅器，双向限幅器。 限幅电路，又称消波器，是利用二极管在外加 正向电压超过门坎电压（死区电压）时导通，且导 通后管子两端电压基本不变得特点，限制输出电压 的幅度。 （1 1）上限幅器）上限幅器 R R D D V V REFREF u uo o u u i i + 并联上限幅器并联上限幅器 R R D D V V REFREF u uo o u u i i + 串联上限幅器串联上限幅器 （2 2）下限幅器）下限幅器 R R D D V V REFREF u uo o u u i i + 并联下限幅器并联下限幅器 串联下限幅器串联下限幅器 R R D D V V REFREF u uo o u u i i + （3 3）双向限幅器）双向限幅器 R R D D1 1 V V REF1REF1 u uo o u u i i + V V REF2REF2 D D2 2 例例3.4.4 3.4.4 一限幅电路如图所示，一限幅电路如图所示，R=1KR=1K, V, VREF REF=3V =3V。 （1 1）v v i i =0V=0V、4V4V、6V6V时时时时， 求相求相应应应应的的输输输输出出电压电压电压电压 V VO O的 的值值值值； （2 2）当）当V V i i =6SinwtV=6SinwtV时时时时，绘绘绘绘 出相出相应应应应的的输输输输出出电压电压电压电压 V VO O的波形。 的波形。 1 1）用理想模型分析）用理想模型分析解： R R D D V V REFREF v vo o v v i i + R R D D V V REFREF v vo o v v i i + R R D D V V REFREF v vo o v v i i + P N 设D断开， vi t 0 R R D D V V REFREF v vo o v v i i + 3 vo 0 t 3 2 2）用恒压降模型分析）用恒压降模型分析 R R D D V V REFREF v vo o v v i i + 0.7 （3）限幅电路 电路如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别 用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输 出电压vO的波形。 R R r r D D V V REFREF v vo o v v i i + + + + Vth 二极管二极管D D断开，断开， A A B B v v A A= =v v i i V Vth th， ，v v B B =V=VREF REF 3)3)用折线模型分析用折线模型分析 若若V V A A VV B B ，D D通，则通，则 取取r r D D =200=200，则则则则V VO O=0.17V =0.17V i i 2.9172.917 若若V V A A VV B B ，D D截止，则截止，则V VO O=V =V i i V i i =0V=0V，4V4V，6V6V时，输出时，输出 电压电压V V o o 的值如右表所示的值如右表所示 Vi(V)046 D状态截止导通导通 Vo(V)03.5833.917 V V OO=Vi =Vi V V OO V V OO wtwt wtwt V V i i 0 0 0 0 例 ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 采用恒压降模型 -0.7V ui 0.7 V V1、V2 均截止 uO = ui uO = 0.7 V ui 0.7 V V2 导通 V截止 ui 0.7 V V1 导通 V2 截止 uO = 0.7 V Ot uO/ V 0.7 Ot ui / V 2 0.7 解：解： 习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.9 4) 开关电路 例3.4.5 D1 D2 4.7K 5V VCC VI1 + - VI2 + - V1 V2 D1 D2 V0 由上表可见，在输入电压V1和V2中， 只要有一个为0V，则输出为 0V；只 有当两输入电压均为5V时，输出才为 5V，这种 关系在数字电路中称为“与” 逻辑。 0V0V 导通导通 导通导通导通 导通 D1 D2 VI1 VI2 4.7K VCC5V V V0 0 0V0V截止截止 截止截止导通导通0V0V 0V0V0V0V 0V0V5V5V 5V5V0V0V 5V5V 5V5V截止截止截止截止5V5V 5) 5) 低电压稳压电路低电压稳压电路 例：在如图所示的低电压稳压电路中，直流电 源电压V的正常值为10V，R=10k,当 V变化1V时， 问相应的硅二极管电压(输出电压)的变化如何？ VI R D + _ VO ID + VI _ R D + _ vO id vO + VI=2V VI=10V _ R D + _ iD 解：(1)求ID VI=10V R D + _ VO ID R D + _ VO 0.7V ID VI=10V (2) 求id + _ R + _ vO id rd + _ R D + _ vO id 习题习题:P97 3.4.3 3.4.4:P97 3.4.3 3.4.4 6) 6) 小信号工作情况小信号工作情况 例3.4.6 + vS VDD _ R D + _ iD + _ vD VO VDD R + _