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1、电子技术基础课程电子技术基础课程 (模拟部分）模拟部分） 2007 电气与信息工程系电气与信息工程系3.4 二极管基本电路及其分析方法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二极管电路的简化模型分析方法要求：要求：掌握二极管电路的简化模型分析方法掌握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二极管是一种非线性器件-电路一般要采用电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂;
2、; 图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的的V V - -I I 特性曲线。特性曲线。例例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和电阻和电阻R，求二极管两端电压求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD 。 解：由电路的解：由电路的KVLKVL方程，可得方程，可得 即即 是一条斜率为是一条斜率为-1/R的直线，称为的直线，称为负载负载线线 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点 3.4.2 二极管电路的简化模型
3、分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特性的等效模型。（1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）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二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模（2 2）恒压降模型）恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）
4、电路模型 （3 3）折线模型）折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模（4 4）小信号模型）小信号模型vs =0 时时, Q点称为静态工作点点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。vs =Vmmsin t 时（时（VmmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（1 1）整流电路）整流电路（a）电路图）
5、电路图 （b）vs和和vo的波形的波形2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（2 2）静态工作情况分析）静态工作情况分析1)理想模型理想模型（R=10k ） 当当VDD=10V 时，时，2)恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）3)折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设当当VDD=1V 时，时， （自看）自看）（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（3 3）限幅电路）限幅电路 电路如图，电路如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型二极管为硅二极管。分别用理想模
6、型和恒压降模型求解，当和恒压降模型求解，当vI = 6sin t V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应的输出电压vO的波形。的波形。 2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（4 4）开关电路）开关电路电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解： 先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位， 即即O点为点为0V。 则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴接阴极的电位为极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点点的电位就是的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所
7、以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。2 2模型分析法应用举例模型分析法应用举例（5 5）小信号工作情况分析）小信号工作情况分析图示电路中，图示电路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒压降模型的恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sin t V。（1）求输出电压求输出电压vO的交流量和总量；（的交流量和总量；（2）绘出）绘出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、静态、动态等直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。概念，在放大电路的分析中非常重要。电子技术基础课程电子技术基础课程 (模拟部分）模拟部分）LiLi 制作制作湖南工程学院电气与信息工程系湖
8、南工程学院电气与信息工程系第第3 3章章 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 1.1.半导体二极管半导体二极管的特性的特性 2.二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法相关知识点复习1. 半导体二极管半导体二极管的特性的特性V-I 特性表达式特性表达式 2. 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 二极管是非线性器件，分析计算时，常把二极管二极管是非线性器件，分析计算时，常把二极管的非线性伏安特性进行分段线性化处理。的非线性伏安特性进行分段线性化处理。 半导体二极管图片半导体二极管图片普通二极管稳压二极管稳压二极管半导体二极管图片半导体二极管图片发光
9、二极管发光二极管整流二极管整流二极管半导体二极管图片半导体二极管图片整流二极管整流二极管半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体器件类型及型号可查手册，如：P：表普通二极管 B或C：表变容二极管Z：表整流二极管 W：表稳压二极管U：光电二极管本本 次次 课课 主主 要要 内内 容容 3.5 3.5 特殊二极管特殊二极管3.5.1 3.5.1 稳压二极管稳压二极管3.5.2 3.5.2 变容二极管变容二极管3.5.3 3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管3.5.4 3.5.4 光电子器件光电子器件1.1.光电二极管
10、光电二极管2.2.发光二极管发光二极管3.3.3.3.激光二极管激光二极管 学习方法及重点学习方法及重点符号符号 、工作段、工作段使用方法使用方法1.稳压特性稳压特性 稳压原理：稳压原理：反向击穿时，电流反向击穿时，电流在很大范围内变化时，只引起很在很大范围内变化时，只引起很小的电压变化。小的电压变化。 正向部分与普通二极管相同正向部分与普通二极管相同rZVZ稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。 当反向电压加到一定值时，反当反向电压加到一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿。向电流急剧增加，产生反向击穿。3.5.1 3.5.1 稳压二极管稳压二极管rZ
11、 = VZ / IZ(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反向工作电压。反向工作电压。rZ = VZ / IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ 表温度变化表温度变化1稳压值的稳压值的变变 化量化量2.特性参数特性参数3.5.1 3.5.1 稳压二极管稳压二极管 稳压管工作时应反接，并串入一只电阻。稳压管工作时应反接，并串入一只电阻。电阻
12、的作用：电阻的作用：1 1）限流作用；）限流作用；2 2）当输入电压或）当输入电压或负载电流变化时，通过电阻上压降的变化，取负载电流变化时，通过电阻上压降的变化，取出误差信号，起到稳压作用。出误差信号，起到稳压作用。应用举例应用举例稳稳压压电电路路IZmin IZ IZmaxVIVOIZIRVRVO3.5.1 3.5.1 稳压二极管稳压二极管3.5.2 变容变容二极管二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度） 结电容随反向电压结电容随反向电压的增加而减少的增加而减少2CB11：反向工作电压反向工作电压30V，总电容，总电容912p
13、F应 用：高频技术中，如电子调谐器3.5.3 肖特基二极管肖特基二极管(SBD)（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性与普通二极管比较1. 电容效应小, 适用于高频或开关状态;2. 正向压降低, 低于普通管 0.2V3.5.4 光电子器件光电子器件1. 光电二极管光电二极管(光敏二极管光敏二极管):受光器件受光器件（a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 PN结反向偏置下工作结反向偏置下工作,反向电流与光照度成正比反向电流与光照度成正比;2DU1A: 光电流大于光电流大于80uA, 暗电流暗电流(无光时无光时)小于小于0.1A 应用：应用：自动售自动售粮机
14、等粮机等3.5.4 光电子器件光电子器件2. 发光二极管发光二极管(Light Emitting Diode简称简称LED)符号符号特点: 工作时外加正向电压; 正向导通压降12V; 光的颜色取决于半导体的材料,光的强度与电流成正比应用应用: * 2EF31A, 极限工作电流极限工作电流30mA, 红光红光* 闪烁发光二极管闪烁发光二极管(BTS): 频率低频率低,节日彩灯节日彩灯,胸花报警胸花报警等等二极管应用二极管应用abcdfgabcdefgabcdefg+5V共阳极电路共阳极电路共阴极电路共阴极电路控制端为高电平控制端为高电平对应二极管发光对应二极管发光控制端为低电平控制端为低电平对应
15、二极管发光对应二极管发光e 光电传输系统发光二极管光电二极管型 光电耦合器 GD211光电传输系统 隔离放大： 应用于高共模环境下的小信号测量，输入/输出和电源电路之间没有直接的电路耦合。 旋转编码器的旋转编码器的A A相输出经过高速光耦相输出经过高速光耦TLP521TLP521隔隔离后，直接接到离后，直接接到TMS320LF2407TMS320LF2407的的QEP1QEP1引脚引脚3.5.4 光电子器件光电子器件3. 激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 激光二极激光二极管发射的管发射的是是红外线红外线应用举例应用举例 检测明暗变化，转换成强度不同的电流信号，通过比较器，转换成TTL电平给单片机。黑线，单片机读入1。今今 日日 作作 业业P97 3.4.5(A) (D) 3.4.7
