“断路法”分析二极管电路工作状态-4-例-文章-基础课-模拟电
二极管基本电路与分析方法
iD
电路模型
+ vD
_
vD
0.7V
0.7V
iD
3> 折线模型 ：信号幅度不能远大于二极管压降
二极管的管压降不
iD
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
Vth
vD
rD
0.7 0.5 1mA
VREF1
–
+ D2
uo VREF2
–
例3.4.4 一限幅电路如图所示,R=1KΩ, VREF=3V.
〔1vi=0V、4V、6V时,
求相应的输出电压VO的值； +
〔2当Vi=6SinwtV时,绘
vi
出相应的输出电压VO的波形. –
R
P
+
DN VREF
vo
–
解：1用理想模型分析
设D断开, VP vi VN VREF 若VP VN，即vi VREF时， D通，v0 VREF 若VP VN，即vi VREF时， D止， v0 vi
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.
〔1上限幅器 并联上限幅器
串联上限幅器
R
+
+
D
ui
VREF
uo
–
–
D
+
+
R
ui
VREF
uo
–
–
〔2下限幅器 并联下限幅器
串联下限幅器
R
+
+
D
二极管基本电路及其分析方法
e
v D /VT Q
VT ID
iD VT
Q
ID VT
则 rd
1 gd
VT ID
常温下（T=300K）
rd
26 ( mV ) I D ( mA )
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。
vd
_ R
+
vO
_
7) 其它电路
＋VCC ＋VCC
－
＋
vi
＋
－
-VEE
vo
-VEE
vo
防止共模输入电压过大
防止电源反接
－ ＋
vo
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
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。
图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。 （1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
t
vo
3 0
t
2）用恒压降模型分析
+
vi – R D
0.7
+
vo –
VREF
当vi 3 0.7时，D通，vO 3.7V
当vi 3 0.7时，D止，vO vi
（3）限幅电路 电路如图，R = 1kΩ，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。
电子线路学习方法(九) 第四讲 二极管电路分析方法(上)
二 、利 用 单 向导 电特 性分 析 二
极管 整流 电路方 法和 思 路培 养
二 极 管 整 流 电路 应 用 十 分 广 泛 ， 图 如
对 处于 截 止 状 态 的 二 极 管 ， 电 路 分 为
析 的 方 便 ， 以 不 去 考 虑 二 极 管 反 向 电 阻 ３所 示 是 二 极 管 构 成 的半 波 整 流 电路 。 显 可 的 具体 大 小 ， 直 接 认 为 它 已处 于 断 开 状 然 ， 这 个 电路 中 的 核 心 元 器 件 是 二 极 管 而 Ｖ ， 电路 分 析 将 Ｄ１
能 ， 了 解 电 路 的输 入 信 号 和 输 出信 号 情 了二 极 管 ， 到 了 二 极 管 负 极 后 面 的 电路 电 路就 是这 种 情 况 。 加 判 断 电路 分 析 是 否 需 要 考 虑 导 通 二 况 ， 对 电路 工作 原理 分析 十 分有 益 。 那 中。
２二 极 管 截 止 时 等 效 理 解 方 法 ．
极 管 内阻的方法是 ： 当使 用 二极 管 正 向 电
整流 电路 的功 能是 将交 流 电转换成
通 需要考 虑二极管 直 流 电。 具 体 地 讲 就 是 ： 过 整 流 二 极 管 二 极 管 截 止 时 ， 为 了 电路 分 析 的 方 阻特性构成控 制 电路时 ， 导 通 后 的 内 阻 ， 他 二 极 管 电路 通 常 不 需 将 具 有 正 、 两 个 半 周 的 交 流 电压 中 的 一 其 负 便 ，将 二 极 管 等 效 成 一 只 阻 值 很 大 的 电 认 或 阻 ， 图 ２所 示 ， 时 可 以 将 导 通 的 二 极 要 考 虑 二极 管 导 通 后 的 内 阻 （ 为 导 通 后 个 半 周 去 掉 ， 是 去 掉 交 流 输 入 电压 的 正 如 有
二极管基本电路与分析方法
二极管基本电路与分析方法二极管是一种最简单的半导体器件，具有只能单向导电的特点。
在电子电路中，二极管通常用于整流、限流、调制和混频等功能。
本文将介绍二极管的基本电路和分析方法。
一、二极管基本电路1.正向偏置电路正向偏置电路是将二极管的P端连接到正电压，N端连接到负电压的电路。
这种电路可以使二极管处于导通状态，实现电流流动。
2.逆向偏置电路逆向偏置电路是将二极管的P端连接到负电压，N端连接到正电压的电路。
这种电路可以使二极管处于截止状态，即不导电。
二、二极管分析方法1.静态分析静态分析是指在稳态条件下分析二极管的工作状态。
在正向偏置电路中，如果二极管被接入电路且正向电压大于二极管的正向压降时，二极管处于导通状态；反之，二极管处于截止状态。
在逆向偏置电路中，无论接入电路与否，二极管都处于截止状态。
2.动态分析动态分析是指在变化条件下分析二极管的工作状态。
例如，当正向电压瞬时增加时，二极管可能处于导通状态。
此时，需要考虑二极管的导通压降和电流变化情况。
三、常见二极管电路1.整流电路整流电路是将交流信号转换为直流信号的电路。
常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。
半波整流电路只利用了交流信号的一半，而全波整流电路则利用了交流信号的全部。
整流电路中的二极管起到了只允许电流在一个方向上流动的作用。
2.限流电路限流电路是通过限制电流的大小来保护其他元件不受损坏的电路。
常见的限流电路有稳压二极管电路和过载保护电路。
稳压二极管电路利用二极管的电流-电压特性，使得二极管具有稳定的电流输出能力；过载保护电路则通过限制电流大小来保护负载电路。
3.调制电路调制电路是将低频信息信号调制到高频载波信号上的电路。
常见的调制电路有调幅电路和调频电路。
在调制电路中，二极管起到了快速改变电流或电压的作用，实现信号的调制效果。
4.混频电路混频电路是将两个不同频率的信号进行混合，得到新的频率信号的电路。
在混频电路中，二极管可以起到信号选择和调谐的作用，实现频率混合。
二极管电路分析
第 3章 二极管及其基本电路
限幅电路如图所示。改变Ｅ值就可改变限幅电平。
并联二极管上限幅电路
13
第 3章 二极管及其基本电路
Ｅ＝０V, 限幅电平为０V。uｉ＞０时二极管导通, uo＝０V.
并联二极管上限幅电路
二极管并联上限幅电路波形关系
14
第 3章 二极管及其基本电路
ui＜０V, 二极管截止, uo＝uｉ。
3. 折线模型
为了较真实地描述二极管
V-I特性，在恒压降模型的基
础上，做一定的修正，即认为
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，所以在模型中用一
个电池的电压选定为二极管的
门坎电压Vth约为0.5V（硅管）。
5
第 3章 二极管及其基本电路
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
是用来让信号在预置的电平范围中，有选择地传输一部 分。
R
例:一限幅电路如图所示，二 极管为硅二极管，
R 1k VREF 3V
+
+
D
vI
VREF
vo
分别用理想模型和恒压降模型求 解以下两问：
(a)限幅电路
（1） vI 0V、4V、6V 求相应的输出电压 vo的值 （2） vI 6 sin t 绘出相应的输出电压vo的波形
VDD iD
+
VthLeabharlann DrD 11第 3章 二极管及其基本电路
3. 限幅电路 当输入信号电压在一定范围内变化时, 输出电压随输 入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时, 输出电压 保持不变, 这就是限幅电路。
通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当
2.4_二极管的基本电路及其分析方法
模拟电子技术基础二极管的基本电路及其分析方法目录二极管的基本应用1图解分析法2简化模型分析法3二极管基本电路分析举例4C O N T E N TS信号的交流分量与直流分量电路的静态分析与动态分析伏安特性上的三个电阻信号的交流分量与直流分量实际信号/瞬时信号=交流分量+直流分量直流分量信号的平均值交流分量原始信号去除直流分量剩下的部分，可分解为不同频率标准正弦信号的线性叠加。
信号的交流分量与直流分量i B (a) 原始信号(b) 交流分量i b (c) 直流分量I B信号的交流分量与直流分量v B(a)原始信号直流分量交流分量(b) 方波的频谱分析电路的静态分析与动态分析先“静”后“动”静态工作点/直流偏置动态特性/动态性能指标直流电阻交流电阻一定范围内的平均电阻伏安特性上的三个电阻交流电阻小，直流电阻大导通程度越深，电阻越小信号的交流分量与直流分量电路的静态分析与动态分析伏安特性上的三个电阻二极管的基本应用11二极管的基本应用1. 整流1二极管的基本应用1. 整流平均值/直流分量为0整流前整流后？！1二极管的基本应用2. 限幅将信号的幅值限制在所需要限幅的范围内将二极管串、并联实现各向、各值限幅，在限幅的同时实现温度补偿1二极管的基本应用3. 低电压稳压电路有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）1二极管的基本应用4. 稳压管稳压电路1二极管的基本应用4. 钳位与隔离优先导通共阴极连接二极管的基本应用15. 开关电路开关电路习惯画法V CC外加正偏电压，正向电阻很小，管子导通开关闭合外加反偏电压，反向电阻很大，管子截止开关断开有0出0、全1出1——逻辑与运算二极管的基本应用1 6. 续流保护阴极接线圈正极阳极接线圈负极反向感应电动势图解分析法2图解分析法2电路中非线性器件的特性曲线已知1.二极管伏安特性曲线2.在同一坐标系中确定负载线3.解出或读出交点代表的电压、电流值DR i D+－v D应用场合分析步骤图解分析法2D R i D+－v D判断二极管工作状态 1.将二极管从电路中断开2.分析原二极管阳极和阴极所在之处的电压差3.判断若二极管接入是导通还是截止二极管截止，断开二极管正向导通有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）图解分析法2DR i D+－v D二极管正向导通Q：静态工作点放大电路的非线性失真分析简化模型分析法3简化模型分析法31. 理想模型+－+－正偏：+－反偏：+－简化模型分析法31. 理想模型+－电路的定性分析正偏：+－反偏：+－支路电压远大于二极管的正向管压降3简化模型分析法1. 理想模型整流电路3简化模型分析法1. 理想模型整流电路3简化模型分析法1. 理想模型整流电路3简化模型分析法1. 理想模型整流电路正偏：+－3简化模型分析法1. 理想模型整流电路反偏：+－3简化模型分析法1. 理想模型开关电路V CC3简化模型分析法1. 理想模型开关电路V CC优先导通原则共阳极连接的二极管，阴极电位低的优先导通；将公共的阳极钳位于较低电位；阴极电位较高的二极管反向截止；3简化模型分析法1. 理想模型二极管所在支路电源电压远大于二极管的正向管压降有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）3简化模型分析法1. 理想模型简化模型分析法3 2. 恒压降模型1mA+－+－3简化模型分析法2. 恒压降模型简化模型分析法33. 折线模型+－1mA0.7V+－开启电压V th1mA时的正向管压降3简化模型分析法3. 折线模型3简化模型分析法4. 小信号模型+－3简化模型分析法4. 小信号模型+－动态工作点的轨迹一定过静态工作点简化模型分析法3 4. 小信号模型+－△v D +－△i D △v D△i D二极管的小信号模型3简化模型分析法5. 高频电路模型高频或开关状态运用r s ：半导体体电阻r d ：结电阻C D ：扩散电容C B ：势垒电容C d ：结电容，包括势垒电容与扩散电容的总效果PN结正向偏置：r d阻值较小；C d 主要取决于扩散电容PN结反向偏置：r d阻值很大；C d 主要取决于势垒电容4二极管基本电路分析举例4二极管基本电路分析举例1. 限幅电路R=1kΩ，V REF=3V，二极管为硅二极管。
34二极管基本电路及其分析
0 . 7V , v 0 . 1sin t ( V ) V 5V , R 5k V D s DD
（1）求输出电压的交流量和总量（2）绘出输出电压的波形
ID=0.86mA, rD=0.03k
（4）小信号模型
适用于对交流 小信号的分析
dv V 26 ( mV ) D T r d di ID ID( mA ) D
补充
要求: 绘出vo(t)的波形. (1) 使用理想模型 (2) (2) 使用恒压降模型
要求:判断二极管是导通还是 截止?（D理想）
答案: 截止
试判断D导通还是截止？ 求VAO。 （设D理想）
3)限幅电路 例3.4.3
已知R=1kΩ, VREF=3V.二极管为硅管，分别用理想模型和恒压降模型求 解以下两问： (1) vI=0V, 4V, 6V时, vo=? (2) 当vi= 6sinωt V时, 绘出vo的波形.
例 3.4.2 电路如图，输入电压为正弦波， 试画出输出电压的波形。 (设二极管特性理想)
2） 静态工作情况分析
例3.4.3 电路如图，已知R=10kΩ，试用理 想、恒压降及折线模型求： （1）VDD=10V时的ID和VD。 （2）VDD=1V时的ID和VD。 (设折线模型中rD=0.2kΩ)
习题3.4.5(a)
4） 开关电路
利用二极管的单向 导电性可实现如 “与”和“或”的 功能.
与门 电路
例3.4.5
设二极管特性理想， 求输出电压的值
或门 电路
5） 低电压稳压电路
利用二极管的正向特性来实 现稳压. 该方法适用于稳定电压小于 (3-4)V以下, 可采用多级 二极管串接.
6）小信号工作情况分析
例3.4分析方法
二极管基础知识及应用电路分析
二极管基础知识及应用电路分析二极管（Diode），是一种只允许电流由单一方向流过的半导体器件。
从二极管内部PN结引出两个接线端子，当外加适当正向电压时，二极管会导通，电流从阳极流向阴极，相反，在外加适当反向电压时，二极管会截止而没有电流通过，这就是单向导电性。
它的原理图符号如下图所示：要理解二极管的单向导电特性，首先了解组成二极管的半导体材料：硅与锗。
物质是由原子组成的，而原子由原子核与电子组成，原子核带正电，电子带负电，在正常情况下，原子核与电子的带电数是一样的，由于正负抵消，整个原子呈现电中性，即对外不显电性。
通常电子以原子核为中心运动，这与太阳系中的行星绕着太阳公转一样，如下图所示：我们也常用下图描述电子与原子核之间的关系：原子核外围的电子排列是有一定的规律，我们以下面这种方式来表达。
虽然看不懂你在说什么，但好像很厉害的样子，好在我们只需要了解最外层电子数，如上图所示，最外层电子数为3材料的稳定性由最外层电子数决定，一般最外层电子数少于4时为金属性，大于4时为非金属性，最外层电子数为8时最稳定，而当最外层电子数为4时，这种材料即容易失去电子，又容易得到电子。
我们的故事就是从最外层电子数为4的材料开始的，它们通常是硅（Si）或锗（Ge），它们的原子结构如下所示：下面我们以硅材料为例进行讲解。
当一大堆的硅元素在一起生活时，由于每个硅元素的最外层电子数都是4，这种状态是很不稳定的，大家虽然财力是一样的，你不喜欢我，我也不是很瞧得起你，但既然要长久地生活在同一片天空，还是要忍辱负重形成一种相对稳定的状态。
前面我们提到最外层电子数为8是比较稳定的，于是它们商量了一下，与周围的每个人共用一个电子，这样每个硅元素的最外层电子数都最是8，达到了相对比较稳定的状态，如下图所示：其中，被两方共用的电子称为价电子，而那一对电子形成共价键连接相邻的两个原子。
如果不出意外的话，这些生活在一起的硅元素必将和平共处相安无事，直到世界的尽头，但是理想很丰满，现实是骨感的，这种共价键的连接方式不是很稳定，它对温度与光线很敏感！如下图所示，当受到温度或光线的挑拨离间时，硅元素之间的共价电子会获得足够的能量从共价键中跳出来，我们将跳出来的电子称为自由电子，而将该电子原来的位置称为空穴（也就是座位了）这些跳出的电子一旦多了起来，相应的空穴也会多起来，在外加电场或其它能源的作用下，邻近价电子就可以填补到这个空位上，而在这个价电子原来的位置上就留下新的空位，以后其它电子又可转移到这个新空位上，这样就使共价键中出现一定的电荷，如下图所示：你可以认为是自由电子移动到了A位置，也可以认为是空穴从A 位置的移动到了B位置，这种运动是相对的。
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“断路法”分析二极管电路工作状态-4-例-文章-基础课-模拟电
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
二级管不是线性元什，对其构成的鼙流、限幅、续流保护、低压稳压、门电路等电路进行分忻时可以采用二极管的理想模型( 正向导通时视为短路，反向截止时视为开路) 或恒压降馍型( 止向导通时视为恒压源，反向截止时视为开路) ，还可以采用折线模型( 正向导通时视为恒压源串联一小电阻，反向截止时视为开路) 。
不管采用哪种等效模型，关键在于分忻出二极管在电路中的上作状态到底处于正向导通还是处于反向截止．当电路中有多个二极管或有交流信号时二极管的工作状态并不能很直观地判断出来。
本文所述“断路法”能快速判断出二极管的工作状态，其核心思想是先将昕有二极管从电路中断开，分折这种情况下各二极管的正向压降：例如，理想模犁时正向压降大于零时二极管导通，否则截止。
若电路中有多个二极管，断路时正向压降最高的二极管优先导通，再把已分忻出导通的二圾管放回电路，重新分忻其他二圾管断路时的正向压降( 依旧遵循正向压降最高的优先导通) ，直到所有二极管状态分析完。
对有交流信号时二极管的工作状态，同样的分析过程要用在
不同的电压值范围。
下面以几个例题来说明该方法的陵用( 二极管工作状态分析采用理想模型) 。
【例1] 判断图1 中二极管的状态并求P 点电位。
图1 是只有一个_ 二极管的情况。
按“断路法”进行分析，先将二极管从电路中断开，断开后，左(N) 、右(P) 各自构成独立的回路。
N 点电位为2k Ω电阻上的压降加5k Ω电阻上的压降：
VN=-10x2 ／20 十15x5 ／30=1 ．5(V) ；P 点电位为10k
Ω电阻上的压降：VP=15x10/150=1(V) ，可知二极管D 承受的正向压降UPN=-O ．5V ，故该二极管截止(P 点电位为1V) 。
【例2 】求图2 中N 点电位( 已知V1=5V ，Vz=3V) 。
图2 是有两个二极管的情况( 为门电路) 。
先将二极管D1 、D2 都断开，这时，A 点电位VA=V1=5V ；B 点电位VB=V2=3V ；N 点电位VN=OV ，则D1 承受的正向压降UAN=5V ；D2 承受的正向压降UHN=3V ，D1 承受的正向压降更大，故其优先导通，将其放回原电路后相当于短路( 如图3) ，这时N 点电位变为VN=V1 x9 ／10=4 ．5V ；D2 承受的正向压降
UBN=3V-4 ．5V=-1 ．5V( 为负) ，故D2 截止，收回原电路后相当于断路( 如图3) ，所以N 点电位为4 ．5V 。
【例3 】求图4 中的输出波形uo( 已知输入ui=10sin ωtV) 。
图4 是有交流信号的情况( 为双限幅电路) 。
先找出需分别进行分忻的电压值范围：同样按“断路法”，断开D1 、D2 ，这时VA=ui10sin ωtV ，VlF5V ，Vc= －3V( 以交流负极为参考点) ，所以，若ui>5V ，则D1 承受正压；若ui<5V ，则D1 承受负压；若ui<-3V ，则D2 承受正压。
若ui>-3V ，则D2 承受负压，故综合得到：ui>5V 时，D1 承受正压，D2 承受负压；一3V<ui<5V 时，Dl 、D2 均承受负压；ui<-3V ．D2 承受正压。
D1 承受负压( 记住：这时二极管承受的电压是指所有二极管断路时的情况，若在某一电压范围，有一只二极管导通的话，放回电路就会改变电路中各点的电位，需重新分析其他二极管所承受的压降) ，这样根据断路时的情况输入电压需分为三段来分别进行
D1 、D2 状态的分析。
以ui< 一3V 这一电压范围为例．这时D2 承受正压导通，将其放回电路后相当于短路，则VA 为-3V ，这样D1 承受的正向压降为-8V ．放回电路后依旧为截止，则输出
UO=-3V ；同理，当-3V<ui<5V 时，Dl 、D2 均截止；当
uo=ui ；ui>5V 时D1 导通，D2 截止；uo=-5V ，再据此即可画出输出uo 的波形。
【例4 】求图5 中的输出波形uo 与输入波形ui 的关系。
图5 也是双限幅电路，同样先找出需分别进行分析的电压值范围。
按“断路法”断开D1 、D2 后，VA=ui ，VB=20V ，
Vc=80V( 以电源负极为参考点) 。
根据UAB>0 ，UCB>0 时，
D1 、D2 承受正压，得出输入电压需分为：ui>20V(D1 、D2 均承受正压) ；ui<20V(D1 承受负压、D2 承受正压) 二段来分别进行D1 、D2 实际状态的分析：1 ．当ui<20V 时，D2 承受正压．D1 承受负压，：D2 导通后，等效电路如图6 ，
VB=100x(80-20) ／300+20=40V ，而ui<20V ，故D1 放回后依旧截止；2 ．当ui>20V 时，断路时D1 、D2 均承受正压。
这时需分析哪个承受的正压更大，会优先导通：1) 由于断路时D2 承受的正向压降UCB 为60V, 当ui>80V 断路时UAB 大于UCB 故D1 优先导通，导通后B 点电位等于A 点且大于
80V ．所以D2 截止。
2) 当ui<80V 时，断路电压UAB 小于UCB 故D2 优先导通，等效电路依旧如图6 ，VB=40V ，这时D1 导通还是截止，取决于ui ，若ui<40V ，则D1 截止；若ui>40V ，则D1 导通。
综上所述可以得到：若ui<40V ，D1 截止，D2 导通，uo=40V ；当40V<ui<80V ，D1 导通，D2 导通，UO=ui ；当ui>80V ，
D1 导通，D2 截止。
uo=80V 。
据此画出输出u0 与输入ui 的波形如图7 。
由图7 可知它将输入ui 的大于80V 及小于40V 的值截平以后输出，故为双限幅电路。