3.4二极管基本电路及其分析方法.ppt
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,1.二极管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。,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,1.二极管正向V-特性的建模,电路模型,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 0.7V。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。,电路模型,2）恒压降模型,0.7V,：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。,电路模型,Vth,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（VmVDD）,将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。,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,过Q点的切线可以等效成一个微变电阻,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,（a）V-I特性（b）电路模型,2.模型分析法应用举例,1)整流电路,2）限幅电路,3）开关电路,4）低电压稳压电路,5）箝位电路,6）其它电路,分析方法：,1）选取参考点；2）用理想模型、恒压降或折线模型代替二极管；3）断开理想二极管，求N、P两端的电压。若VPVN，则理想二极管导通，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VAO。,VP=6 V VN=12 V,解：取 O 点作参考点,VPVN 二极管导通,VAO=6V,解：取O点作参考点,VP1=0 V，VP2=15 V，,VD1 VD2 D1 优先导通，D2截止。,VD1=12V，VD2=3V,VN1=VN2=12 V,若忽略管压降，二极管可看作短路，VAO=0 V,习题：P97 页 3.4.6,例3.4.2,1)整流电路,2 工作波形,1 工作原理,vS0(正半周)，即VPVN，D通，,vS0(负半周)，即VNVP，D止，,，VPVS，VN=0,D断开,v0=vs,v0=0,习题P97页 3.4.1 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）,a.使用理想模型,b.使用恒压降模型,c.使用折线模型,D导通,解：,D导通,D导通,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；,0,0,1,0.1,0.7,0.93,0.7,0.03,0.69,0.931,0.51,0.049,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)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）上限幅器,并联上限幅器,串联上限幅器,（2）下限幅器,并联下限幅器,串联下限幅器,（3）双向限幅器,例3.4.4 一限幅电路如图所示，R=1K,VREF=3V。（1）vi=0V、4V、6V时，求相应的输出电压VO的值；（2）当Vi=6SinwtV时，绘出相应的输出电压VO的波形。,1）用理想模型分析,解：,设D断开，,2）用恒压降模型分析,（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。,二极管D断开，,A,B,vA=viVth，vB=VREF,3)用折线模型分析,若VAVB，D通，则,取rD=200，则VO=0.17Vi2.917,若VAVB，D截止，则VO=Vi,Vi=0V，4V，6V时，输出电压Vo的值如右表所示,VO=Vi,VO,VO,wt,wt,Vi,0,0,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 V,V1、V2 均截止,uO=ui,uO=0.7 V,ui 0.7 V,V2 导通 V截止,ui 0.7 V,V1 导通 V2 截止,uO=0.7 V,解：,习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.9,4)开关电路,例3.4.5,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。,0V,导通,导通,导通,0V,截止,截止,导通,0V,截止,截止,5V,5)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？,解：(1)求ID,(2)求id,习题:P97 3.4.3 3.4.4,6)小信号工作情况,例3.4.6,7)其它电路,防止电源反接,防止共模输入电压过大,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=0.1sinwt 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。,
