第三讲 二极管电路的分析

VD = 0 V
I D = 0.1 mA
当电源电压较低时， 就必须使用折线模 型才可以取得比较 合理的结果
VDD=1V 时
硅二极管典型值） VD = 0.7 V （硅二极管典型值）
I D = 0.93 mA
3) 二极管使用直流折线模型 VDD=10V 时
I D = 0.03 mA
理想模型计算最简 单，但是误差最大
VT 26(mV ) rd = = I D I D (mA )
注意：二极管的交流模型用在交流小信号电源作用的电路中 交流模型用在交流小信号电源作用的电路中
2.4.2 应用举例
二极管在某个电路中可以这样来使用：
1、当作非线性电阻来使用，即所有时间内全部在正向导通区 2、当作开关来使用，即某段时间内导通，某段时间内截止 3、当作开关来使用，即在所有时间内均导通 4、当作开关来使用，即在所有时间内均截止 5、当作小电压稳压器件来使用，即所有时间内全部在正向导通区 6、当作大电压稳压器件来使用，即所有时间内全部在反向击穿区
2.4.2 应用举例
2.4.1 二极管V- I 特性的建模
一、直流模型
• • • •
1、直流理想模型 2、直流恒压降模型 3、直流折线模型 4、直流指数模型
模型越来越准确，但是计算越来越复杂
直流模型用在直流电源作用的电路中
1、 直流理想模型 、
正偏时导通，管压降为0V，电流决定于外电路 正偏时导通，管压降为0V， 0V
反偏时截止，电流为0 反偏时截止，电流为0，两端电压决定于外电路
2 直流恒压降模型 管子导通后,管压降认为是恒定的, 管子导通后,管压降认为是恒定的,典 型值为0.7V 0.7V。 型值为0.7V。
3、直流折线模型 、 管压降不是恒定的, 管压降不是恒定的,而是随电流 的增加而增加。 的增加而增加。 rD电阻这样来估算：
首先：将原始电路中的二极管用它的理想模型代替，得到右侧的电路
+
然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
断开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0， 则理想二极管反向截止 在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管
υD
−
VD = 0 V I D = VDD / R = 1 mA
2）二极管使用直流恒压降模型 ）
首先：将原始电路中的二极管用它的直流恒压降 直流恒压降模型代替，得到右侧的电路 直流恒压降
iD
VDD
然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管断开， 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
VDD=1V 时
本题目中，二极管当作 开关来使用， 即在所有时间内均导通
I D = 0.931 mA
VD = 0.69 V
I D = 0.049 mA
VD = 0.5098 V
• 一、用二极管直流模型来分析电路 • 二、用二极管交流模型来分析电路
一、用二极管直流模型来分析电路
• 例1 求电路的ID和VD
在两种情况下计算: ，已知R=10K
（1） VDD =10V （2） VDD =1V
解:
因为只有直流电压源作用， 所以使用直流模型。 （1）VDD=10V 时 ） 1) 二极管使用直流理想模型
3) 二极管使用直流折线模型
首先：将原始电路中的二极管用它的直流折线 直流折线模型代替，得到右侧的电路 直流折线
iD
VDD
然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管断 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0， 则理想二极管反向截止
1) 二极管使用直流理想模型理想模型 VDD=10V 时 VDD=1V 时
当电源电压远大于 二极管管压降的情 况下，恒压降模型 就可以取得比较合 理的结果
I D = 1 mA
2）二极管使用直流恒压降模型 ） VDD=10V 时 硅二极管典型值） VD = 0.7 V （硅二极管典型值）
VD = 0 V
第2章 半导体二极管及其基本电路
• • • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 半导体的基本知识 PN结 半导体二极管 二极管基本电路及分析方法 特殊二极管
二极管基本电路及其分析方法（ 2.4 二极管基本电路及其分析方法（*） 2.4.1 二极管V- I 特性的建模
直流模型（理想模型、恒压降模型、 直流模型（理想模型、恒压降模型、 折线模型、指数模型） 折线模型、指数模型） 交流模型： 交流模型：小信号模型
υD
−
VD = 0 V
I D = VDD / R = 0.1 mA
2）二极管使用直流恒压降模型 ）
首先：将原始电路中的二极管用它的直流恒压降 直流恒压降模型代替，得到右侧的电路 直流恒压降
iD
VDD
然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管断开， 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
首先：将原始电路中的二极管用它的直流折线 直流折线模型代替，得到右侧的电路 直流折线 然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管断 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0， 则理想二极管反向截止 在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管
小：能够把曲线看成直 线，而误差能够忍受
即 rd =
∆v D ∆i D
根据 i D = I S ( e v D / VT − 1)
得Q点处的微变电导 点处的微变电导
di D gd = dv D
则 rd =
Q
I S v D / VT e = VT
Q
ID = VT
1 VT = gd I D
常温下（ 常温下（T=300K） ）
Vth +
υD
−
在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管
rD
硅二极管典型值） Vth = 0.5 V（硅二极管典型值） 设 r = 0.2 kΩ D
VDD − Vth 1 − 0.5 ID = = = 0.049 mA R + rD 10 + 0.2 VD = Vth + I D rD = 0.5 + 0.049 × 0.2 = 0.5098 V
iD + Vth rD −
υD
硅二极管典型值） Vth = 0.5 V（硅二极管典型值） 设 rD = 0.2 kΩ

VD = Vth + I D rD = 0.69 V
VDD − Vth ID = = 0.931 mA R + rD
（2）VDD=1V 时 ） 1) 二极管使用直流理想模型理想模型
VDD iD
0.7V − 0.5V rD = = 200Ω 1mA
Vth是二极管的门坎电压
Vth = 0.5V
4、 直流指数模型
i D = I S (e v D / VT − 1)
二、交流模型（小信号模型） 交流模型（ 信号模型）
二极管工作在正向特性的某一小范围内时， 二极管工作在正向特性的某一小范围内时， 其正向特性可以等效成一个微变电阻。 其正向特性可以等效成一个微变电阻。
+
求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0，则理想二极 管反向截止 在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管
VD
υD
−
硅二极管典型值） VD = 0.7 V （硅二极管典型值）
I D = (VDD − VD ) / R = (1 − 0.7) / 10 K = 0.03 mA
+
求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0，则理想二极 管反向截止 在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管
VD
υD
−
硅二极管典型值） VD = 0.7 V （硅二极管典型值）
I D = (VDD − VD ) / R = 0.93 mA
3) 二极管使用直流折线模型
VDD
VDD iD +
首先：将原始电路中的二极管用它的理想模型代替，得到右侧的电路 然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管 判断理想二极管的状态（导通或截止）。 理想二极管的状态
断开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通；若<0， 则理想二极管反向截止； 在本题目中理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管