二极管电路分析

3.4二极管的基本电路及其分析方法

在电子技术中，二极管电路得到广泛的应用。本节重点介绍采用简化模型，分析几种基本的二极管电路。

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，因而图解分析发则较简单，但是前提条件是已知二极管的V_I特性曲线。0二极管V-I特性曲线斜率为的负载线+-D例:二极管电路如图（a）所示，设二极管的V-I特性曲线如图（b）所示。已知电源vDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。静态工作点Q(VD，ID)解：(a)(b)

1.二极管V-I特性的建模

1.理想模型3.4.2二极管电路的简化模型分析方法在正向偏置时，其管压降为0，而当二极管处于反相偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。uDiDO理想特性实际特性a.伏安特性b.电路符号–+uDiD

1.二极管V-I特性的建模

2.恒压降模型3.4.2二极管电路的简化模型分析方法当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V(硅管）。

1.二极管V-I特性的建模3.折线模型3.4.2二极管电路的简化模型分析方法为了较真实地描述二极管V-I特性，在恒压降模型的基础上，做一定的修正，即认为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，所以在模型中用一个电池的电压选定为二极管的门坎电压Vth约为0.5V（硅管）。

4.小信号模型

3.4.2二极管电路的简化模型分析方法在图中串联一个交流信号源+-D＋－当0电路处于静态工作状态静态工作点Q（VD，ID）当工作点将在和之间移动。二极管电压和电流变化为和即根据得Q点处的微变电导则常温下（T=300K）由上看出，在交流小信号的作用小，工作电沿V-I特性曲线，在静态工作点Q附近小范围被变化，此时可把二极管V-I特性近似为以Q点为切点的一条直线，斜率的倒数就是小信号模型的微变电阻，如图。二极管：死区电压=0.5V，正向压降

0.7V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0二极管的应用举例1：二极管半波整流（利用二极管的单项导电性）二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。

2.应用举例

例1：二极管基本点路如图所示，已知Vs为正弦波。利用二极管理想模型，绘出Vo的波形。RLvsvOvivott二极管半波整流

1）整流电路解：由于Vs的值有正有负，当Vs为正半周时，二极管正向偏置，此时二极管导通，Vo=Vs.当Vs为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管截止，Vo=0。该电路称为半波整流电路。正弦波信号原来是双方向的，现在经过二极管这个电路输出变成单方向的，而且这个电方向取的是输入一半的波形，所以叫做半波整流电路

uiuott这个电路有什么用处？这是后面要介绍的直流稳压电源里面的一部分电路，我们知道直流电源输入都是220V，要变成直流第一步就要把双方向的变成单方向的，这就是整流的过程。

2.二极管的静态工作情况分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V时恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设

3.限幅电路

当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时,输出电压保持不变,这就是限幅电路。通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；当输入电压低于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为下限幅。

并联二极管上限幅电路限幅电路如图所示。改变Ｅ值就可改变限幅电平。

Ｅ＝０V,限幅电平为０V。uｉ＞０时二极管导通,uo＝０V.并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系ui＜０V,二极管截止,

uo＝uｉ。并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系设０＜Ｅ＜Um(输入峰值电压）,则限幅电平为＋Ｅ。当uｉ＜Ｅ,二极管截止,uo＝uｉ；并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系当uｉ＞Ｅ,二极管导通,uo＝Ｅ。波形图如图(ｂ)所示。并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系设-Ｕm＜Ｅ＜０,

如果uｉ＞Ｅ,二极管导通,uo＝Ｅ。则限幅电平为-E.并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系设-Ｕm＜Ｅ＜０,如果uｉ＜Ｅ,二极管截止,uo＝uｉ；波形图如图(ｃ)所示。并联二极管上限幅电路二极管并联上限幅电路波形关系并联下限幅电路Ｅ＝０V,限幅电平为０V。uｉ<０时二极管导通,uo＝０V；ui>０V,二极管截止,

uo＝uｉ。波形如图所示。uiuott并联下限幅电路如果０＜Ｅ＜Um,则限幅电平为＋Ｅ。

uｉ<Ｅ,二极管导通,uo＝Ｅ。

uｉ>Ｅ,二极管截止,uo＝uｉ；波形图如图(ｂ)所示。uiuottＥ并联下限幅电路如果－Ｕm＜Ｅ＜０,则限幅电平为-E,波形图如图所示。uiuottＥ串联限幅电路Ｅ＝０V,限幅电平为VR。

ui＜VR时二极管导通,

uo＝ui;

ui＞VR时二极管截止,uo＝VR,波形如图所示。uiuottVR

串联限幅电路Ｅ＝０V,限幅电平为VR。

ui＜VR时二极管截止,

uo＝ui;

ui＞VR时二极管导通,uo＝VR,波形如图所示。uiuottVR双向限幅电路在电子电路中，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中，有选择地传输一部分。-+-+R(a)限幅电路例:一限幅电路如图所示，二极管为硅二极管，分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问：（1）求相应的输出电压的值（2）绘出相应的输出电压的波形-+-+R(b)理想模型电路-+-+R(c)恒压降模型电路（1）理想模型电路如图(b)所示二极管截止二极管导通二极管导通恒压降模型电路如图(c)所示二极管截止二极管导通二极管导通0303.7（2）由于所加输入电压为振幅等于6V的正弦电压，正半周有一段幅值大于VREF.对于理想模型，波形如图(a)对于恒压模型，

4.开关电路在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中得到广泛的应用。在分析这种电路时，应当掌握一条基本原则，即判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态。5V例：二极管电路如图所示。利用二极管理想模型求解：求的值不同组合情况下，输出电压的值。＋＋＋－－5V解：当D1为正向偏置D2的阴极电位为5V，阳极为0V，处于反相偏置，故D2截止。

5.低电压稳压电路利用二极管的正向压降特性，可以获得较好的稳压性能。＋－设低电压稳压电路如图。合理选取电路参数，对于硅二极管，可以获得输出电压近似等于0.7V，若采用几只二极管串联，则可获得1V以上的输出电压。＋－＋－＋－由于某种原因，入电网电压波动引起直流电源电压VI产生波动，这个波动分量用ΔVI表示，波形是任意的，它与VI串联共同作用于R（限流电阻）和二极管D相串联的支路如图。电路中VI

、R和二极管D共同确定电路的静态工作点。当波动电压增量ΔVI出现之后，电路中的电流和二极管电压亦产生相应的增量，0ΔVI引起的的波动很小输出电压可以保持基本稳定。V-I特性曲线越陡，微变电阻rd越小，稳定性也越好。

6.小信号工作情况分析在利用小信号模型分析二极管电路时，要特别注意微变电阻rd与静态工作点Q有关。一般首先分析电路的静态工作情况，求得静态工作点Q；其次，根据Q点算出微变电阻rd；再次，根据小信号模型交流电路模型，求出小信号作用小电路的交流电压、电流；最后与静态值叠加，得到完整的结果。例3.4.6在图（a)所示的二极管电路中，恒压降模型的（1）求输出电压的交流量和总量；（2）绘出的波形。解：（1）根据叠加原理，可以将两个电压源的作用分开考虑，得到相应的电路模型图（b)和图(c)。图(c)中只有交流