二极管基本应用电路及其分析方法

1、会计学1二极管基本应用电路及其分析方法二极管基本应用电路及其分析方法一、理想模型和恒压降模型的建立1. 理想模型iDuDO图形符号正偏时导通，uD = 0反偏时截止， iD = 0 U(BR)= 第1页/共33页2. 恒压降模型iDuDOUD(on)等效电路 正偏电压 UD(on) 时导通，等效为恒压源 UD(on) 否则截止，等效为开路。第2页/共33页例1.3.1 硅二极管电路如图所示，R = 2 k，试用二极管理想模型和恒压降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 值。UOVDDIOR解：UOVDDIORUD(on)UOVDDIOR当VDD = 2 V

2、 时 ，IO = VDD / R = 2 V/ 2 k = 1 mAUO = VDD = 2 V采用理想模型分析法得采用恒压降模型分析法得UO = VDD UD(on) =（ 2 0.7 ）V= 1.3 VIO = UO / R = 1.3 V/ 2 k = 0.65 mA当VDD =10 V 时，采用理想模型分析法得 UO = 10V， IO =5 mA 采用恒压降模型分析法得UO = 9.3V， IO =4.65 mA %54V3 . 1V7 . 0OOUU%5 . 7V3 . 9V7 . 0OOUU第3页/共33页 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

3、。二、模型的选用 续 欲得更高计算精度，可采用第4页/共33页例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 的值。PNVDD1VDD2UORLR1 k3 kIOI1I215 V12V 解：假设二极管断开UP = 15 V9V12V133 DD2LLN VRRRUUP N 0.7V，二极管导通，等效为 0.7 V 的恒压源第5页/共33页解：假设二极管断开UP = 15 V9V12V133 DD2LLN VRRRUUP N 0.7V，二极管导通，等效为 0.7 V 的恒压源UO= VDD1 UD(on)= （15 0.7）V = 14.3 VIO= UO / RL

4、= 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 k3 kIOI1I215 V12VVDD10.7V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 的值。第6页/共33页例1.3.3 下图所示电路中，输入电压 为振幅15V的正弦波，试画出输出电压波形。解题分析：u i 为交变大信号，因此二极管交替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。 解：u i

5、 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i 第7页/共33页例1.3.3 下图所示电路中，输入电压 为振幅15V的正弦波，试画出输出电压波形。解题分析：u i 为交变大信号，因此二极管交替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。 解：u i 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i u i 为负半周时，二极管反偏截止，u o= 0 第8页/共33页例1.3.3 下图所示电路中，输入电压 为振幅15V的正弦波，试画出输出电压波形。解题分析：u i 为交变大信号，因此二极管交替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于0.7V，因此可采用理想模型分析法。

6、解：u i 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i u i 为负半周时，二极管反偏截止，u o= 0 故可画出u o波形为此为半波整流电路第9页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。电路习惯画法第10页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V

7、 0 V正偏导通正偏导通0 V解：0V0V 第11页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V 0 V正偏导通正偏导通0 V解：0V5V0 V 5 V正偏导通0 V反偏截止 第12页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二

8、极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V 0 V正偏导通正偏导通0 V解：5V0V0 V 5 V正偏导通0 V反偏截止5 V 0 V正偏导通0 V反偏截止第13页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V 0 V正偏导通正偏导通0 V解：5V5V0 V 5 V正偏导通0 V反偏截止5 V 0 V正偏导通0 V反偏截止 5 V 5 V正偏导通正偏导通5 V实现了与功能第14页/共33页

9、-V26V+V1例1.3.5 试分析下图所示的硅二极管电路:（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。 5.1k-+ui+-2V+-V24V-+uOV1 （1）分析电路工作情况 当 u i 2.7V 时，V1管导通，V2管截止，u O 2.7V ；当 4.7V u i 2.7V 时， V1管和V2管均截止，u O u i ；当 u i 4.7V 时，V1管截止，V2管导通，u O 4.7V。 解：5.1k-+ui+-2V+-VD24V-+uOVD1+-0.7V5.1k-+ui+-2V+-V24V-+uOV15.1k-+ui+-2V+-VD24V

10、-+uOVD15.1k-+ui+-2V+-V24V-+uOV15.1k-+ui+-2V+-VD24V-+uOVD1_+0.7V断开二极管，分析各二极管导通条件：V1只能在u i 2.7V 时导通；V2只能在u i 4.7V时导通；当 4.7V u i 2.7V 时， 两管均截止第15页/共33页例1.3.5 解续24-2-40BADCui/V24-4-2uO/V-4.72.70tuO/Vt0ui/V2.7-4.710-10双向限幅电路用以限制信号电压范围，常用作保护电路。（2）画出电压传输特性曲线和 u i 、 u O 的波形，如下图所示。 第16页/共33页 自学 1.3.3 二极管应用电路

11、的Multisim仿真第17页/共33页一、二极管电路的直流图解分析 M（VDD ,0）N （ 0 , VDD/R ） 直流负载线直流工作点参数为： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA二极管直流电阻 140mA 5/V7 . 0QQDIURuDVDDR1.2 V100 iD直流工作点QIQUQiD / mA128400.3 0.6uD / V1.20.9uD = VDD iDRiD = f (uD) 求解可得二极管电流、电压Q点越高，二极管直流电阻越小。第18页/共33页iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tOn 静态 静态分析 静态工作点 n 动态 动态

12、分析dQDiIi dQDuUu n 总量=静态量+ 动态量： , 二、二极管电路的交流图解分析C 对交流信号近似短路VDDuiuDRCiD ui =Uimsin t ，Uim很小id tO uD ud = ui第19页/共33页iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tO tO uiid斜率1/rdQiurDDddd didddrurui 二极管的小信号模型UQ= UD(on)RUVIQDDQ n工程中，动态分析采用小信号模型分析法静态分析采用估算法：第20页/共33页iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tO tO uiid斜率1

13、/rd) 1e ( TD/SD UuIi由由TQTSdTQe1UIUIrUU 得得rd = UT / IQ 26 mV / IQ交流电阻rd 很小。IQ越大，rd 越小二极管的小信号模型QiurDDddd 三、二极管电路的小信号模型分析法第21页/共33页图示为硅二极管低电压稳压电路，输入电压U I为10V，试分析当U I 变化 1V时输出电压U O的相应变化量和输出电压值。 U I有变化时的等效电路 1. 静态分析：求U I 为10V、变化量为零时的U O、I Q 2. 动态分析: 求U I变化 1V时相应变化量U O rd = 26mV / IQ mA= 26 / 3.1 8.39 例1.

14、3.7 电路解：mV79. 2V)1 (300039. 839. 8IddO URrrU例1.3.7 电路的小信号等效电路U O =UQ 0.7 V,IQ = (100.7) V/3k = 3.1 mA第22页/共33页图示为硅二极管低电压稳压电路，输入电压U I为10V，试分析当U I 变化 1V时输出电压U O的相应变化量和输出电压值。 U O =UQ 0.7 V,IQ = (100.7) V/3k = 3.1 mA2. 动态分析: 求U I变化 1V时相应变化量U O rd = 26mV / IQ mA= (26 / 3.1 ) 8.39 例1.3.7 电路mV79. 2V)1 (300

15、039. 839. 8IddO URrrUUOU OU O 700 mV 2.79 mV3. 综合分析:利用二极管的正向恒压特性可进行稳压，但一般只用于34V以下。 1. 静态分析：求U I 为10V、变化量为零时的U O、I Q 解：例1.3.7第23页/共33页第24页/共33页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情况是否合适，后者用以分析电路性能，通常采用模型分析法。分析时先选用合适的模型，再进行电路分析。 对直流电路或大信号电路，应采用理想模型或恒压降模型，若忽略二极管导通电压时不会引起较大的计算

16、误差，则用理想模型，否则用恒压降模型。分析时，首先假设二极管未通，看二极管能否被正偏导通，能则等效为恒压源（或短路），否则等效为断开，然后进行电路分析。 对既含有直流电源又含有小信号源的电路，电路中的电流、电压由静态量和动态量叠加而得。先用恒压降模型估算静态工作点，后由公式求 rd ，再用小信号模型进行动态分析，最后综合分析。 第25页/共33页1. 掌握二极管的理想模型、恒压降模型及其应用，了解 二极管的折线模型。2. 了解二极管电路的图解分析法和小信号模型分析法和 仿真分析法；了解二极管的主要应用。主要要求： 通过多练习，掌握理想模型和恒压降模型分析法。重点：第26页/共33页例1.3.4

17、 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V 0 V正偏导通正偏导通0 V解：0V0V 第27页/共33页例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 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。输入电压输入电压理想二极理想二极管管输输出出电电压压UAUBVAVB0 V 0 V正偏导通正偏导通0 V解：5V0V0 V 5 V正偏导通0

18、 V反偏截止5 V 0 V正偏导通0 V反偏截止第28页/共33页 自学 1.3.3 二极管应用电路的Multisim仿真第29页/共33页一、二极管电路的直流图解分析 M（VDD ,0）N （ 0 , VDD/R ） 直流负载线直流工作点参数为： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA二极管直流电阻 140mA 5/V7 . 0QQDIURuDVDDR1.2 V100 iD直流工作点QIQUQiD / mA128400.3 0.6uD / V1.20.9uD = VDD iDRiD = f (uD) 求解可得二极管电流、电压Q点越高，二极管直流电阻越小。第30页/共33页图示为硅二极管低电压稳压电路，输入电压U I为10V，试分析当U I 变化 1V时输出电压U O的相应变化量和输出电压值。 U I有变化时的等效电路 1. 静态分析：求U I 为10V、变化量为零时的U O、I Q 2. 动态分析: 求U I变化 1V时相应变化量U O rd = 26mV / IQ mA= 26 / 3.1 8.39 例1.3.7 电路解：mV79. 2V)1 (300039. 839. 8IddO URrrU例1.3.7 电路的小信号等效电路U O =UQ 0.7 V,IQ = (100.7) V/3k = 3.1 mA第31页/共33页图示为硅二极管低电压稳压电路，输入电压U I为1