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1、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
2、.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uDiD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.
3、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。iDvD电路模型2 2）恒压降模型）恒压降模型iD+_vD0.7V0.7V：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。iDvD电路模型+_vDiDVthrDVth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
4、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 VAOAO。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D6V 12V3kOAVAO+NPV VP P V VN N二极管导通二极管导通V VAO AO = = 6V6VD6V 12V3kOAVAO+NP6V 12V3kOAVAO+NPOD215V 12V3kAD1VAO+P2N2P1N1解：解：取取OO点作参考点点作参考点V VP1P1 = 0 V= 0 V， V VP2P2= =1
5、5 V15 V， V VD1D1 V VD2 D2 D D1 1 优先导通，优先导通， D D2 2截止。截止。V VD1D1 = 12V= 12V，V VD2D2 = 3V3V V VN1N1 = = V VN2N2= = 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 VAOAO = 0 V= 0 VOD215V 12V3kAD1VAO+P2N2P1N1O15V 12V3kAVAO+P2N2P1N1习题：习题：P97 P97 页页 3.4.63.4.615V10V+R1R6R5R4R3R2ABPDN15V10V+R1R6R5R4R3R2ABPDN15V1
6、0V+R1R6R5R4R3R2ABPN例3.4.21) 整流电路vDO2 工作波形voO1 工作原理v vS S0 0( (正半周正半周) )，即即V VP PVVN N，D D通通，RvO+_D+_vsPNv vS S0 0( (负负半周半周) )，即即V VN NVVP P，D D止止，V VP PV VS S，V VN N = = 0 0D D断开断开RvO+_D+_vsPNRvO+_D+_vsPNvs tOv v0 0 = = v vs sRvO+_D+_vsPNv v0 0 = 0= 0RvO+_D+_vsPN+_vDRvO+_D+_vs习题习题P97P97页页 3.4.1 3.4.
7、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)VDDa.使用理想模型b.使用恒压降模型c.使用折线模型R+_R+_0.7VR+_0.5VrDD 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 00 0
8、1 10.10.10.70.70.930.930.70.70.030.030.690.690.9310.9310.510.510.0490.049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 RD D V VREF
9、REFu uo ou ui i+ 并联上限幅器并联上限幅器R RD DV VREFREFu uo ou ui i+ 串联上限幅器串联上限幅器（2 2）下限幅器）下限幅器R RD D V VREFREFu uo ou ui 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 RD DV VREFREFu uo ou ui i+ （3 3）双向限幅器）双向限幅器R RD D1 1V VREF1REF1u uo ou ui i+ V VREF2REF2D 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, VREFREF=3V=3V。 （1 1
10、）v vi 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 VOO的的值值值值；（2 2）当）当V Vi 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 VOO的波形。的波形。1 1）用理想模型分析）用理想模型分析解：R RD D V VREFREFv vo ov vi i+ R RD D V VREFREFv vo ov vi i+ R RD D V VREFREFv vo ov vi i+ PN设D断开，vi t0R RD D V VREFREFv vo ov vi i+ 3vo0
11、t32 2）用恒压降模型分析）用恒压降模型分析R RD DV VREFREFv vo ov vi 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 Rr rD DV VREFREFv vo ov vi i+ + + Vth二极管二极管D D断开，断开，A AB Bv vA A= =v vi iV Vthth，v vB B=V=VREFREF3)3)用折线模型分析用折线模型分析若若V VA AVVB B，D D通，则通，则取取r rD D=200=200，则
12、则则则V VOO=0.17V=0.17Vi i2.9172.917若若V VA AVVB B，D D截止，则截止，则V VOO=V=Vi iVi i=0V=0V，4V4V，6V6V时，输出时，输出电压电压V Vo o的值如右表所示的值如右表所示Vi(V)046D状态截止导通导通Vo(V)03.5833.917V VOO=Vi=ViV VOOV VOOwtwtwtwtV Vi i0 00 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 VV1、V2 均截止uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VV2 导通 V截止ui 0.7 VV1
13、 导通 V2 截止 uO = 0.7 VOtuO/ V0.7Otui / V2 0.7解：解：习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.94) 开关电路例3.4.5D1D24.7K5VVCCVI1+-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D1D2VI1VI24.7KVCC5VV V0 00V0V截止截止截止截止导通导通0V0V0V0V0V0V0V0V5V5V5V5V0V0V5V5V5V5V截止截止截止截止5V
14、5V5) 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？VIR D+_VOID+ VI_R D+_vOidvO+ VI=2VVI=10V_R D+_iD解：(1)求IDVI=10VR D+_VOIDRD+_VO 0.7VIDVI=10V(2) 求id+_R+_vOidrd+_R D+_vOid习题习题:P97 3.4.3 3.4.4:P97 3.4.3 3.4.46) 6) 小信号工作情况小信号工作情况例3.4.6+ vSVDD_RD+_iD+_vD VOVDDR+_IDVD VO+ vS_R+_id+_vd vOrd7) 7) 其它电路其它电路防止电源反接vivoVCC-VEEvoVCC-VEE防止共模输入电压过大vo防止差模输入电压过大2模型分析法应用举例 （6）小信号工作情况分析图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。（1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。 直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。
