二极管基本应用电路及其分析方法

1、1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模型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图解分析法和小信号模型分析法一、理想模型和恒压降模型的建立一、理想模型和恒压降模型的建立符号：符号：1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模型二极管的理想模型和恒压降模型1. 理想模型理想模型iDuDO O正偏时导通，正偏时导通，uD = 0反偏时截止，反偏时截止， iD = 0 U(BR)= 理想二极管特性：理想二极管特性：2. 恒压降模型恒压降模型iDuDO OUD(on)等效电路等效电路 正偏电压正偏电压 UD(on) 时导通，二极管等效为恒压源时导通，二极管等效为恒压源 UD(on

2、) 否则截止，二极管等效为开路。否则截止，二极管等效为开路。二、模型的选用二、模型的选用例例1.3.1 硅二极管电路如图所示，硅二极管电路如图所示，R = 2 k ，试用二极管理想模，试用二极管理想模型和恒压降模型求出型和恒压降模型求出 VDD = 2 V 和和 VDD = 10 V 时时 IO 和和 UO 值。值。UOVDDIOR解：解：UOVDDIORUD(on)UOVDDIOR当当VDD = 2 V 时时 ，IO = VDD / R = 2 V/ 2 k = 1 mAUO = VDD = 2 V采用理想模型分析法得采用理想模型分析法得采用恒压降模型分析法得采用恒压降模型分析法得UO =

3、VDD UD(on) =（ 2 0.7 ）V= 1.3 VIO = UO / R = 1.3 V/ 2 k = 0.65 mA当当VDD =10 V 时，时，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 采用恒压降模型分析法得采用恒压降模型分析法得UO = 9.3V， IO =4.65 mA %543 . 17 . 0 VVUUOO%5 . 73 . 97 . 0 VVUUOO二、模型的选用二、模型的选用当当VDD = 2 V 时时 ，IO = VDD / R = 2 V/ 2 k = 1 mAUO = VDD = 2 V采用理想模型分析法得采用理想模型分析法

4、得采用恒压降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当当VDD =10 V 时，时，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 采用恒压降模型分析法得采用恒压降模型分析法得UO = 9.3V， IO =4.65 mA %543 . 17 . 0 VVUUOO%5 . 73 . 97 . 0 VVUUOO由此可见，当由此可见，当VDD较低时，两种方法所得结果相差较大；较低时，两种方法所得结果相差较大；当当VDD较高时，两种方法所得

5、结果相差较小。较高时，两种方法所得结果相差较小。 由该例可见：由该例可见： VDD 高时可采用理想模型高时可采用理想模型 VDD 低时应采用恒压降模型低时应采用恒压降模型二、模型的选用二、模型的选用 续续 欲得更高计算精度，可采用欲得更高计算精度，可采用A 三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例例例1.3.2 试求图示硅二极管电路中电流试求图示硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压和输出电压 UO 值值解：解：假设二极管断开假设二极管断开UP = 15 V9V12V133 DD2LLN VRRRUUP N 0.7V，二极管导通，二极管导通，等效为等效为 0.

6、7 V 的恒压源的恒压源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 V12VVDD10.7V三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例例例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设下图所示的二极管电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极均为理想二极管，当输入电压管，当输

7、入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例电路电路习惯画法习惯画法例例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设下图所示的二极管电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极均为理想二极管，当输入电压管，当输入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例输入电压输入电压理想二极管理想二极管

8、输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V解：解：0V0V 例例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设下图所示的二极管电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极均为理想二极管，当输入电压管，当输入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V解：解：0V5V0 V5 V正偏正偏导

9、通导通0 V反偏反偏截止截止 例例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设下图所示的二极管电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极均为理想二极管，当输入电压管，当输入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V解：解：5V0V0 V5 V正偏正偏导通导通0 V反偏反偏截止截止5 V0 V正偏正偏导通导通0 V反偏反偏截止

10、截止例例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设下图所示的二极管电路中，设 VDA、VDB 均为理想二极均为理想二极管，当输入电压管，当输入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同组的不同组合时，求输出电压合时，求输出电压 UO 的值。的值。三、理想模型和恒压降模型应用举例三、理想模型和恒压降模型应用举例输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V解：解：5V5V0 V5 V正偏正偏导通导通0 V反偏反偏截止截止5 V0 V正偏正偏导通导通0 V反偏反偏截止截止 5 V5 V正偏正偏

11、导通导通正偏正偏导通导通5 V实现了与功能实现了与功能作业：作业：P32 1.3（b）、（）、（c） （d）选）选 做做 1.4 例题：例题： 1.3（a）-VD26V+ +VD1例例1.3.5 试分析下图所示的硅二极管电路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；）画出电压传输特性曲线；（2）已知）已知u i10sin t (V)，画出画出u i 和和u O的波形的波形。 5.1k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD1 （1）分析电路工作情况）分析电路工作情况 当当 u i 2.7V 时，时，VD1管导通，管导通，VD2管截止，管截止，u O 2.7V ；当

12、；当 4.7V u i 2.7V 时，时， VD1管和管和VD2管均截止，管均截止，u O u i ；当当 u i 2.7V 时导通；时导通；VD2只能在只能在u i 4.7V时导通；时导通；当当 4.7V u i 2.7V 时，时， 两管均截止两管均截止例例1.3.5 解续解续24-2-40BADCui/V24-4-2uo/V-4.72.70tuo/Vt0ui/V2.7-4.710-10双向限幅电路双向限幅电路用以限制信号电压范围，常用作保护电路。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）画出电压传输特性曲线和 u I 和和 u O 的波形如下图所示。的波形如下图所

13、示。 +VDDDR+VDDDR+V+VII1.3.2 图解分析法和小信号模型分析法图解分析法和小信号模型分析法分析：分析：将二极管从电路中分离出来。对应图中左、右两个电路，可分别将二极管从电路中分离出来。对应图中左、右两个电路，可分别写出写出 二极管伏安特性方程：二极管伏安特性方程： iD= f (uD) (1.3.1)以及以及 直流负载线方程：直流负载线方程： uD=VDD iDR (1.3.2)分别在横轴与纵轴上取两点：分别在横轴与纵轴上取两点：令令iD =0，得，得uD= VDD； 令令uD=0，得，得iD= VDD/ R； 连接两点，画出连接两点，画出直流负载线直流负载线;它与二极管的

14、伏安特性曲线的交点它与二极管的伏安特性曲线的交点Q称为称为工作点工作点。Q点的坐标（点的坐标（IQ，VQ）即为流过二极管的电流与二）即为流过二极管的电流与二极管两端的电压极管两端的电压 。+VDDDR+uD+uDiDiD iD/mA 0 uD/V VDDVQIQQVDD/R一、二极管电路的直流图解分析一、二极管电路的直流图解分析 uDVDDR1.2 V100 iD1.3.2 图解分析法和小信号模型分析法图解分析法和小信号模型分析法uD = VDD iDR一、二极管电路的直流图解分析一、二极管电路的直流图解分析 M（VDD ,0）N （ 0 , VDD/R ） 直流负载线直流负载线直流工作点参数

15、为：直流工作点参数为： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA二极管直流电阻二极管直流电阻 140mA 5/V7 . 0QQDIURuDVDDR1.2 V100 iD直流工作点直流工作点QIQUQiD / mA12840 0.3 0.6uD / V1.20.91.3.2 图解分析法和小信号模型分析法图解分析法和小信号模型分析法uD = VDD iDRiD = f (uD) 求解求解可得二极管电流、电压可得二极管电流、电压Q点越高，点越高，二极管直流电阻越小二极管直流电阻越小。iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tOn 静态静态 静态分析静态分析 静态工作点静态

16、工作点 UQ= UD(on)RUVIQDDQ n工程中，静态分析通常采用估算法：工程中，静态分析通常采用估算法：n 动态动态 动态分析动态分析dQDiIi dQDuUu n 总量总量=静态量静态量+ 动态量：动态量：二、二极管电路的交流图解分析二、二极管电路的交流图解分析C 对交流信号近似短路对交流信号近似短路VDDuiuDRCiD ui =Uimsin t ，Uim很小很小 tO uiid动态分析通常采用小信号模型分析法动态分析通常采用小信号模型分析法iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tO tO uiid三、二极管电路的小信号模型分析法三、二极管电路的小信

17、号模型分析法可见：对小信号而言，伏安特性近似线性！可见：对小信号而言，伏安特性近似线性！故对小信号而言，二极管等效为一个交流电阻。故对小信号而言，二极管等效为一个交流电阻。iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tO tO uiid斜率斜率1/rd三、二极管电路的小信号模型分析法三、二极管电路的小信号模型分析法求导对1e DSDDu)(IiTU/u由TUUTUIUIrTQSdQe1 得rd = UT / IQ 26 mV / IQ二极管的交流电阻二极管的交流电阻rd 很小。很小。IQ越大，越大，rd 越小越小二极管的小信号模型二极管的小信号模型QiurDDddd

18、作业：作业：P32 1.6 1.9 （a）怎样选用合适的分析方法对二极管应用电路进行分析怎样选用合适的分析方法对二极管应用电路进行分析 ？ 讨论：讨论：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。用于观察器件工作点是否合适，后者常用以分析电路性能。 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。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。若忽略二极管导导电作用，可采用理想模型或恒压降模型加以分析。若忽略二极管导通电压时不会引起较大的计算误差，则可采用理想模型分析法，否则通电压时不会引起较大的计算误差，则可采用理想模型分析法，否则宜采用恒压降