極管基本應(yīng)用電路及其分析方法

第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管及其特性1.3二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法1.4特殊二極管第1頁，共30頁。1.3二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法1.3.1二極管的理想模型和恒壓降模型1.3.2圖解分析法和小信號(hào)模型分析法第2頁，共30頁。1.3二極管基本應(yīng)用電路及其分析方法

兩種分析方法：圖解法：求兩條曲線的交點(diǎn)。模型分析法：將非線性器件近似用電路模型（線性的）來等效，然后分析計(jì)算。二極管的模型:對(duì)于直流：理想模型、恒壓降模型等；

對(duì)于交流：小信號(hào)模型。第3頁，共30頁。1.3.1二極管的理想模型和恒壓降模型一、理想模型和恒壓降模型的建立符號(hào)：1.理想模型iDuDO理想二極管特性：正偏時(shí)導(dǎo)通，uD=0反偏時(shí)截止，

iD=0U(BR)=第4頁，共30頁。1.3.1二極管的理想模型和恒壓降模型一、理想模型和恒壓降模型的建立2.恒壓降模型iDuDOUD(on)等效電路

正偏電壓

UD(on)時(shí)導(dǎo)通，二極管等效為恒壓源

UD(on)；

否則截止，二極管等效為開路。第5頁，共30頁。例

已知R=2k，試用理想模型和恒壓降模型

求

VDD=2V和

VDD=10V時(shí)

IO和

UO。UOVDDIOR解：UOVDDIORUD(on)UOVDDIOR理想模型時(shí)的等效電路恒壓降模型時(shí)的等效電路（板書詳解）第6頁，共30頁。例

已知R=2k，試用理想模型和恒壓降模型求

VDD=2V和

VDD=10V時(shí)

IO和

UO。UOVDDIOR解：

由該例可見:VDD

大時(shí)可采用理想模型

VDD

小時(shí)應(yīng)采用恒壓降模型

欲得更高計(jì)算精度，可采用二極管的折線模型第7頁，共30頁。二極管的折線模型模型:rD

稱為導(dǎo)通電阻等效電路更接近實(shí)際特性！第8頁，共30頁。二、理想模型和恒壓降模型應(yīng)用舉例例

試求圖示硅二極管電路中電流

I1、I2、IO和輸出電壓

UO值。(用恒壓降模型)PNVDD1VDD2UORLR1kW3kWIOI1I215V12V

解：先移開二極管UP=15V因UPN>0.7V，故接上二極管后，二極管導(dǎo)通，等效為

0.7V的恒壓源。第9頁，共30頁。例

試求圖示硅二極管電路中電流

I1、I2、IO和輸出電壓

UO值。解：二極管等效為

0.7V的恒壓源。PNVDD2UORLR1kW3kWIOI1I215V12VVDD10.7VUO=VDD1

UD(on)=（150.7）=14.3VIO=UO/RL=14.3/3

=4.8mAI1=IO+I2=（4.8+2.3）=7.1mAI2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1

=2.3mA第10頁，共30頁。例

如圖電路中，設(shè)

VDA、VDB均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓

UA、UB為低電壓

0V和高電壓

5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓

UO的值。電路習(xí)慣畫法第11頁，共30頁。輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBVAVB0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通0V解：0V0V

例

如圖電路中，當(dāng)UA、UB為

0V和

5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓

UO的值。第12頁，共30頁。輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBVAVB0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通0V0V5V0V5V導(dǎo)通0V截止

解：例

如圖電路中，當(dāng)UA、UB為

0V和

5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓

UO的值。第13頁，共30頁。輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBVAVB0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通0V5V0V0V5V導(dǎo)通0V截止5V0V導(dǎo)通0V截止解：例

如圖電路中，當(dāng)UA、UB為

0V和

5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓

UO的值。第14頁，共30頁。輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBVAVB0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通0V5V5V0V5V導(dǎo)通0V截止5V0V導(dǎo)通0V截止

5V5V導(dǎo)通導(dǎo)通5V實(shí)現(xiàn)了“與”功能解：例

如圖電路中，當(dāng)UA、UB為

0V和

5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓

UO的值。第15頁，共30頁。例

試分析下圖所示的硅二極管電路:（1）畫出電壓傳輸特性曲線；（2）已知u

i＝10sint(V)，畫出u

i

和u

O的波形。解：5.1k?-+ui+-2V+-V24V-+uOV1

斷開二極管，分析各二極管導(dǎo)通條件：V1只可能在ui>2.7V時(shí)導(dǎo)通；V2只可能在ui<-4.7V時(shí)導(dǎo)通；當(dāng)

-4.7V<ui<2.7V時(shí)，兩管均截止第16頁，共30頁。例（1）畫出電壓傳輸特性曲線；（2）已知ui＝10sint(V)，畫出u

i

和uO的波形。5.1k?-+ui+-2V+-V24V-+uOV1(1)分析電路工作情況ui>2.7V時(shí)，V1導(dǎo)通、V2截止，uO＝2.7V

-4.7V<u

i<2.7V時(shí)，

V1和V2均截止，uO＝ui

ui<-4.7V時(shí)，V1截止，V2導(dǎo)通，uO＝-4.7V

5.1k?-+ui+-2V+-VD24V-+uOVD1+-0.7V5.1k?-+ui+-2V+-V24V-+uOV15.1k?-+ui+-2V+-VD24V-+uOVD15.1k?-+ui+-2V+-V24V-+uOV15.1k?-+ui+-2V+-VD24V-+uOVD1_+0.7V解：第17頁，共30頁。24-2-40BADCui/V24-4-2uo/V-4.72.70tuo/Vt0ui/V2.7-4.710-10雙向限幅電路用以限制信號(hào)電壓范圍，常用作保護(hù)電路。（2）電壓傳輸特性曲線和

u

I和

u

O的波形

解：第18頁，共30頁。uD=VDD

iDRiD=f(uD)求解可得二極管電流、電壓一、二極管電路的直流圖解分析

1.3.2圖解分析法和小信號(hào)模型分析法第19頁，共30頁。一、二極管電路的直流圖解分析

M（VDD,0）N（

0,

VDD/R）

直流負(fù)載線直流工作點(diǎn)參數(shù)為：

UQ=0.7V，IQ=5mA二極管直流電阻：uDVDDR1.2V100iD直流工作點(diǎn)QIQUQiD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9Q點(diǎn)越高，二極管直流電阻越小。第20頁，共30頁。iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQUQiD

/mAwtO

動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)分析

總量

=靜態(tài)量+動(dòng)態(tài)量：二、二極管電路的交流圖解分析VDDuiuDRCiDC對(duì)交流信號(hào)近似短路

ui=Uimsinwt，Uim很小wtOuiid第21頁，共30頁。iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQUQiD

/mAwtOUQ=UD(on)工程上，靜態(tài)分析通常采用估算法：二、二極管電路的交流圖解分析VDDuiuDRCiDwtOuiid動(dòng)態(tài)分析通常采用小信號(hào)模型分析法。第22頁，共30頁。iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQUQiD

/mAwtOwtOuiid斜率1/rd三、二極管電路的小信號(hào)模型分析法rd=UT

/IQ26mV/IQ二極管的交流電阻rd很小。IQ越大，rd越小。二極管的小信號(hào)模型第23頁，共30頁。例圖示電路，輸入電壓UI為10V，試分析當(dāng)UI變化±1V時(shí)UO的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。UI變化時(shí)的等效電路1、靜態(tài)分析：UI=10V時(shí)的UO、IQ

UO=UQ0.7VIQ=(100.7)/3

=3.1mA2.動(dòng)態(tài)分析:

求UI變化

±1V時(shí)相應(yīng)變化量ΔUO

解：第24頁，共30頁。2.動(dòng)態(tài)分析rd=26/IQ=26/3.18.39U'O＝UO＋ΔUO＝700mV±2.79mV3.綜合分析解：例圖示電路，輸入電壓UI為10V，試分析當(dāng)UI變化±1V時(shí)UO的相應(yīng)變化量和輸出電壓值。第25頁，共30頁。討論題：1.怎樣選用合適的分析方法對(duì)二極管應(yīng)用電路進(jìn)行分析？答：二極管電路的分析方法主要有圖解分析法和模型分析法，前者常用于觀察器件工作點(diǎn)是否合適，后者常用以分析電路性能。第26頁，共30頁。答續(xù)：用模型法分析二極管電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)二極管在電路所起的主要作用，選用合適的模型。對(duì)直流電路或大信號(hào)電路，二極管主要起單向?qū)щ娮饔茫刹捎美硐肽Ｐ突蚝銐航的Ｐ图右苑治?。若可忽略二極管導(dǎo)通電壓時(shí)，則可采用理想模型，否則宜采用恒壓降模型。分析電路時(shí)，首先應(yīng)判斷二極管的工作狀態(tài)，當(dāng)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，可應(yīng)用箝位概念分析電路，當(dāng)二極管處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可將二極管所在支路斷開，然后再分析電路。第27頁，共30頁。答續(xù)：當(dāng)二極管電路中既含有直流電源又含有小信號(hào)源時(shí)。通常先利用恒壓降模型估算靜態(tài)工作點(diǎn)，然后由公式求

rd

，再采用小信號(hào)模型法進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，最后根據(jù)題目要求進(jìn)行綜合分析。第28頁，共30頁。作業(yè)P32：

1.3(c)(d)1.6第29頁，共30頁。內(nèi)容梗概第1章半導(dǎo)體二極管及其電路分析。1.3.1二極管的理想模型和恒壓降模型。1.3.2圖解分析法和小信號(hào)模型分析法。1.3.2圖解分析法和小信號(hào)模型分析法。模型分析法：將非線性器件近似用電路模型（線性的）來等效，然后分析計(jì)算。對(duì)于直流：理想模型、恒壓降模型等。1.3.1二極管的理想模型和恒壓降模型。一、理想模型和恒壓降模型的建立。正偏時(shí)導(dǎo)通，uD=0。反偏時(shí)截止，iD=0。正偏電壓UD(on)時(shí)導(dǎo)通，二極管等效為恒壓源UD(on)。例已