《极管基本应用电路及其分析方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《极管基本应用电路及其分析方法（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第1 1章章 半导体二极管及其电路分析半导体二极管及其电路分析1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.2 1.2 半导体二极管及其特性半导体二极管及其特性1.3 1.3 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1.4 1.4 特殊二极管特殊二极管1.3 1.3 二极管基本应用电路二极管基本应用电路及其分析方法及其分析方法1.3.1 1.3.1 二极管的理想模型和恒压降模二极管的理想模型和恒压降模型型1.3.2 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1.3 1.3 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 两种分
2、析方法：两种分析方法：n图解法图解法：求两条曲线的交点。求两条曲线的交点。n模型分析法模型分析法：将非线性器件近将非线性器件近似用电路模型似用电路模型（线性的）（线性的）来等效，来等效，然后分析计算。然后分析计算。u二极管的模型二极管的模型: 对于对于直流直流：理想模型、恒压降模型等；：理想模型、恒压降模型等； 对于对于交流交流：小信号模型。：小信号模型。1.3.1 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：1.1.理想模型理想模型iDuDO O理想二极管特性：理想二极管特性：正偏时导通正偏时导通
3、，uD = 0反偏时截止，反偏时截止， iD = 0 U(BR)= 1.3.1 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2.2.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，二时导通，二极管等效为恒压源极管等效为恒压源 UD(on)； 否则截否则截止，二极管等效为开路止，二极管等效为开路。例例1.3.11.3.1 已已知知R = 2 k ，试试用用理理想想模模型型和和恒恒压压降降模模型型 求求 VDD = 2 V 和和 VDD = 10 V 时时 I
4、O 和和 UO 。UOVDDIOR解解：UOVDDIORUD(on)UOVDDIOR（板书详解）（板书详解）例例1.3.11.3.1 已已知知R = 2 k ，试试用用理理想想模模型型和和恒恒压压降降模型求模型求 VDD = 2 V 和和 VDD = 10 V 时时 IO 和和 UO 。UOVDDIOR解解： 由该例可见由该例可见:VDD 大时可采用理想模型大时可采用理想模型 VDD 小时应采用恒压降模型小时应采用恒压降模型 欲得更高计算精度，可采用二极管的折线模型欲得更高计算精度，可采用二极管的折线模型二极管的折线模型模型二极管的折线模型模型:rD 称为导称为导通电阻通电阻等效电路等效电路更
5、接近实际特性！更接近实际特性！二、理想模型和恒压降模型应用举例二、理想模型和恒压降模型应用举例例例1.3.21.3.2 试试求图示硅二极管电路中电流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。(用恒压降模型用恒压降模型)PNVDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12V 解：先移开解：先移开二极管二极管UP = 15 V因因UP N 0.7V，故接上二极管后，二极管导通故接上二极管后，二极管导通，等效为等效为 0.7 V 的恒压源。的恒压源。例例1.3.21.3.2 试试求图示硅二极求图示硅二极管电路中电流管电路中电流 I1、I2、IO
6、 和输出电压和输出电压 UO 值。值。解解：二极管等效为二极管等效为 0.7 V 的恒压源。的恒压源。PNVDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12VVDD10.7VUO= VDD1 UD(on)= （15 0.7） = 14.3 VIO= UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8mAI1= IO + I2 = （4.8 + 2.3）= 7.1 mAI2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 mA例例1.3.41.3.4 如如图图电电路路中中，设设 VDA、VDB 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低
7、低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的的不同组合时，求输出电压不同组合时，求输出电压 UO 的值的值。电路电路习惯画法习惯画法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UAUBVAVB0 V 0 V导通导通 导通导通0 V解解：0V0V 例例1.3.41.3.4 如如图图电电路路中中，当当UA、UB 为为 0 V 和和 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值的值。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UAUBVAVB0 V 0 V导通导通 导通导通0 V0V5V0 V 5 V导通导通0 V截止截止 解解：例例1.3.41.3.4
8、如如图图电电路路中中，当当UA、UB 为为 0 V 和和 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值的值。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UAUBVAVB0 V 0 V导通导通 导通导通0 V5V0V0 V 5 V导通导通0 V截止截止5 V 0 V导通导通0 V截止截止解解：例例1.3.41.3.4 如如图图电电路路中中，当当UA、UB 为为 0 V 和和 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值的值。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UAUBVAVB0 V 0 V导通导通 导通导通0 V5V5V0
9、V 5 V导通导通0 V截止截止5 V 0 V导通导通0 V截止截止 5 V 5 V导通导通导通导通 5 V实现了实现了“与与”功能功能解解：例例1.3.41.3.4 如如图图电电路路中中，当当UA、UB 为为 0 V 和和 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值的值。例例1.3.51.3.5 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。解：解：5.1k- -+ +ui+ +- -2V+ +-V24V- -+ +uO
10、V1 断开二极管，分析各二断开二极管，分析各二极管导通条件：极管导通条件：uV1只可能在只可能在u i 2.7V 时导通；时导通；uV2只可能在只可能在u i - 4.7V时导通；时导通；u当当 - 4.7V u i 2.7V 时时，V1导通导通、 V2截止截止，uO 2.7V u - - 4.7V u i 2.7V 时时， V1和和V2均截止均截止，uOuiu ui - - 4.7V 时，时，V1截止截止， V2导通，导通，uO - - 4.7V 5.1k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD1+- -0.7V5.1k- -+ui+-2V+-V24V- -+ +uOV15.1
11、k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD15.1k- -+ui+-2V+-V24V- -+ +uOV15.1k- -+ui+-2V+-VD24V- -+ +uOVD1_ _+ +0.7V解解：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）电压传输特性曲线）电压传输特性曲线和和 u I 和和 u O 的波形的波形 解解：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、
12、电压一、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 1.3.2 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、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：uDVDDR1.2 V100 iD直流工作点直流工作点QIQUQiD / mA12840 0.3 0.6uD / V1.20.9Q点越高，二极管直流电阻越小点越高，二极管直流电阻越小 。iD / mAuD /VOVDDVD
13、D/ RQIQUQiD / mA tOn 动态、动态分析动态、动态分析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VDDuiuDRCiDC 对交流信号近似短路对交流信号近似短路 ui =Uimsin t ，Uim很小很小 tO uiidiD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQUQiD / mA tOUQ= UD(on)n工程上，静态分析通工程上，静态分析通常采用估算法：常采用估算法：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VDDuiuDRCiD tO uiidn动态分析通常采用动态分析通常采用小小信
14、号模型分析法信号模型分析法。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例例1.3.7图示电路，输入电压图示电路，输入电压U I为为10V，试分析当，试分析当U I 变化变化 1V时时U O的相应变化量和输出电压值。的相应变化量和输出电压值。 U I变化时的变化时的等效电路等效电路 1、静态分析、静态分析：U
15、I =10V时的时的U O、I Q U O =UQ 0.7 VIQ = (10 0.7) /3 = 3.1 mA2. 动态分析动态分析: : 求求UI变化变化 1V时相应时相应变化量变化量UO 解解：2.2.动态分析动态分析rd = 26 / IQ = 26 / 3.1 8.39 UOUOUO 700 mV 2.79 mV3.3.综合分析综合分析解解：例例1.3.7图示电路，输入电压图示电路，输入电压U I为为10V，试分析当，试分析当U I 变化变化 1V时时U O的相应变化量和输出电压值。的相应变化量和输出电压值。 讨论题：讨论题：1.1.怎样选用合适的分析方法对二极管应用怎样选用合适的分
16、析方法对二极管应用电路进行分析电路进行分析 ？ 答：二极管电路的分析方法主要有答：二极管电路的分析方法主要有图解图解分分析法和析法和模型模型分析法分析法，前者常用于观察器，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件工作点是否合适，后者常用以分析电路性能。性能。答续：答续：用模型法分析二极管电路时，应根据二极管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，在电路所起的主要作用，选用合适的模型选用合适的模型。对。对直流电路或大信号电路，直流电路或大信号电路，二极管主要起单向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导电作用，可采用理想模型或恒压降模型加以分加以分
17、析。若可忽略二极管导通电压时，则可采用理想析。若可忽略二极管导通电压时，则可采用理想模型，否则宜采用恒压降模型。分析电路时，首模型，否则宜采用恒压降模型。分析电路时，首先应判断二极管的工作状态，当二极管处于导通先应判断二极管的工作状态，当二极管处于导通状态时，可应用箝位概念分析电路，当二极管处状态时，可应用箝位概念分析电路，当二极管处于截止状态时，可将二极管所在支路断开，然后于截止状态时，可将二极管所在支路断开，然后再分析电路。再分析电路。答续：答续： 当二极管电路中当二极管电路中既含有直流电源又含既含有直流电源又含有小信号源时有小信号源时。通常先利用恒压降模型。通常先利用恒压降模型估算静态工作点，然后由公式求估算静态工作点，然后由公式求 rd d ，再再采用小信号模型法进行动态分析采用小信号模型法进行动态分析，最，最后根据题目要求进行综合分析。后根据题目要求进行综合分析。 作 业P32： 1.3 (c)(d) 1.6
