二极管基本电路
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。
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。
二极管基本电路
3.参数计算
4.特点
桥式整流电路比半波整流电路复杂，但输出电压脉动比 半波整流小一半，变压器的利用率也较高，因此桥式整流电 路得到了广泛应用。
将桥式整流电路的4只二极管制作在一起，封装成为一个 器件就称为整流桥，其实物及外形分别如图1-23（a）、图123(b)所示。a、b端接交流输入电压，c、d端为直流输出端，c 端为正极性端，d端为负极性端。
2.工作原理
3.特点
串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调 节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电 路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。串联型稳压 电源的缺点是损耗较大、效率低。
1.电路结构
（四）并联型稳压电路
图1-30所示为并联型稳压电路，虚线框内为稳压电路，R为 限流电阻，V为稳压二极管。不论是电网电压波动还是负载电阻 RL的变化，并联型稳压电路都能起到稳压作用，原因是UZ基本 恒定，UO=UZ。
当u2为负半周期时，即a点为负，b点为正时，VD1、 VD3因反偏而截止，VD2、VD4因正偏而导通，此时有电 流流过RL，电流路径为b—VD2—RL—VD4—a。这时RL 上得到的半波电压如图1-22（b）所示，若略去二极管的正 向压降，uo≈－u2，由此可得输出电压波形，它是单方向 的脉动电压，上述电路称为桥式整流电路。
二极管基本电路
一、二极管整流电路
1.电路结构
（一）单相半波整流电路
单相半波整流电路由整流二极管、电源变压器和用电负 载构成，如图1-20（a）所示。T为电源变压器，VD为整流二 极管，RL为负载电阻。
2.工作原理
3.参数计算
4.特点
单相半波整流电路简单、元件少，但输出电流脉动很 大，变压器利用率低。因此半波整流仅适用于要求不高的 场合。
二极管原理及其基本电路
二极管原理及其基本电路二极管是一种最简单的半导体器件，它具有非常重要的功能和应用。
本文将介绍二极管的原理以及其基本电路。
一、二极管的原理二极管是由一种带有p型半导体和n型半导体的材料组成的。
在p-n 结的区域内，因为半导体的材料特性，会形成一个电势垒。
当外加电压的极性与电势垒形成的方向相反时，电势垒将变得更大，称为反向偏置；当外加电压的极性与电势垒形成的方向一致时，电势垒将变得更小，称为正向偏置。
在二极管的工作中，主要有以下几个重要的特性。
1.正向电压特性：当二极管处于正向偏置状态时，在两端加上正向电压时，电势垒逐渐缩小，直到消失。
在这个过程中，二极管的导电性变得很好。
正向电压越大，二极管导通越好。
2.反向电压特性：当二极管处于反向偏置状态时，在两端加上反向电压时，电势垒逐渐增加。
当反向电压超过反向击穿电压时，二极管就会发生击穿，电流急剧增大，此时二极管就会损坏。
3.导通和截止特性：当二极管处于正向偏置状态时，正向电压不超过一定限制时，二极管会导通。
当正向电压超过这个限制时，二极管截止，不导通。
而当二极管处于反向偏置状态时，无论外加电压的大小，其表现都是开路状态，不导通。
二、二极管的基本电路二极管广泛地应用于各种电路中，下面介绍几个常见的二极管基本电路。
1.正向电压特性测试电路：这是一个测试二极管正向电压特性的电路。
它由一个电压源、一个限流电阻和一个二极管组成。
通过改变电压源的电压，可以测量二极管在不同电压下的电流。
当电压逐渐增加时，电流也逐渐增加，直到达到二极管的最大电流。
2.整流电路：整流电路主要用于将交流电转换为直流电。
它由一个二极管和负载组成。
当二极管处于正向偏置状态时，它允许正向电流通过，从而将正半周期的交流信号变为直流信号。
而当二极管处于反向偏置状态时，它阻止反向电流通过。
3.限流电路：限流电路主要用于限制电流的大小。
它由一个电压源、一个电阻和一个二极管组成。
二极管起到了稳压和限流的作用。
二极管的四种典型应用电路
二极管的四种典型应用电路
二极管是一种常见的电子元件，具有单向导电性质，因此在电路中有着广泛的应用。
本文将介绍二极管的四种典型应用电路。
一、整流电路
整流电路是二极管最常见的应用之一。
在交流电源中，二极管可以将电流限制在一个方向上，从而实现将交流电转换为直流电的功能。
整流电路通常由一个二极管和一个负载组成，二极管将正半周的电流导通，而负半周的电流则被截止。
这样，负载就能够得到一个单向的电流，从而实现了直流电的输出。
二、稳压电路
稳压电路是另一个常见的二极管应用。
在电路中，二极管可以通过改变其正向电压降来实现稳压的功能。
稳压电路通常由一个二极管和一个电阻组成，当电压超过一定值时，二极管开始导通，从而将多余的电流导向地面，从而实现了稳压的功能。
三、开关电路
二极管还可以用于开关电路中。
在开关电路中，二极管可以通过改变其正向电压降来控制电路的开关状态。
当二极管导通时，电路处于开启状态，而当二极管截止时，电路处于关闭状态。
开关电路通常由一个二极管和一个负载组成，通过改变二极管的导通状态来控
制负载的开关。
四、信号检测电路
信号检测电路是另一个常见的二极管应用。
在电路中，二极管可以通过改变其正向电压降来实现信号检测的功能。
信号检测电路通常由一个二极管和一个电容组成，当信号的幅度超过一定值时，二极管开始导通，从而将信号导向负载。
这样，就可以实现对信号的检测和处理。
二极管是一种非常重要的电子元件，具有广泛的应用。
通过上述四种典型应用电路的介绍，我们可以更好地理解二极管的工作原理和应用场景，从而更好地应用二极管。
二极管电路原理
二极管电路原理二极管是一种半导体器件，具有单向导电性。
它只能允许电流从一个方向流过，而阻止电流从反方向流过。
在电路中，二极管可以用来整流、检波、稳压和开关等多种应用。
下面将介绍二极管电路的基本原理。
1. 整流电路整流电路是一种将交流电转换为直流电的电路。
二极管整流电路通常由一组二极管和电容器组成。
当交流电压正半周时，二极管导通，电流通过电容器和负载形成回路，电容器充电。
当交流电压负半周时，二极管截止，电流无法通过二极管，电容器就成为电源向负载供电，从而得到直流电压。
2. 检波电路检波电路是一种将高频信号转换为低频信号的电路。
二极管检波电路通常由一个二极管和电容器组成。
当高频信号通过二极管时，只有正向电压可以使二极管导通，从而得到低频信号。
同时，电容器起到滤波作用，将高频信号滤掉。
3. 稳压电路稳压电路是一种使输出电压保持稳定的电路。
二极管稳压电路通常由多个二极管和电容器组成。
当输出电压低于指定值时，二极管导通，电流可以通过电容器和负载形成回路，使输出电压升高。
当输出电压高于指定值时，二极管截止，电流无法通过二极管，电容器成为电源向负载供电，使输出电压降低。
通过调节电容器的大小，可以使输出电压保持稳定。
4. 开关电路开关电路是一种控制电流通断的电路。
二极管开关电路通常由一个二极管和一个可控硅（SCR）组成。
当可控硅导通时，电流可以通过二极管和可控硅形成回路，使负载得到电源供电。
当可控硅截止时，电流无法通过可控硅和二极管，负载无法得到供电。
通过控制可控硅的导通和截止时间，可以控制电流的通断状态。
总之，二极管电路在电子设备中发挥着重要的作用。
整流、检波、稳压和开关等多种应用都可以使用二极管来实现。
理解二极管的原理和特性可以帮助我们更好地设计和应用电路，提高电子设备的性能和可靠性。
二极管及其基本电路
vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时： v
vD<0，当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但电压超过某一数值(反向击穿电压)时， 反向电流急剧增加，这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
－ － －
－ － －
－ － －
－ －
－
2.N型半导体
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子， 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时，结电容较大，CJ≈CD 反偏时，结电容较小，CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
（Anode）
1、二极管的电路符号：
2、分类
（Kathode）
按结构分：点接触型，面接触型，平面型。
按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，„„。 按材料分：硅二极管，锗二极管。
（3）PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD ：PN结两端的外加电压
2二极管及其基本电路
• 随着反向电压的增大，阻挡层内部的电场增强，阻挡层中 载流子的漂移速度相应加快，致使动能加大。当反向电压 增大到一定数值时，载流子获得的动能足以把束缚在共价 键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对。新产生 的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产 生新的自由电子－空穴对。如此连锁反应使得阻挡层中载 流子的数量急剧增多，因而流过PN结的反向电流也就急 剧增大。因增长速度极快，象雪崩一样，所以将这种碰撞 电离称为雪崩击穿(Avalanche Multiplication )
门坎电压Vth（在正向电压的起始部分，由于正向电压较小， 外电场还不足以克服PN结的内电场，因而这时的正向电 压几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像有一个门坎） 硅管的Vth 约为0.5V，锗管的Vth 约为0.1V 当正向电压大于Vth时，内电场大为削弱，电流因而迅速增 长，二极管正向导通。硅管的正向导通压降约为0.7V，锗 管约为0.2V
（1）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。
（2）杂质半导体中的少数载流子虽然浓度不高，但对温度、 光照十分敏感。
（3）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征 半导体中载流子浓度小得多。
§3.2 PN结的形成及特性
漂移电流与扩散电流
1、漂移电流 载流子在电场作用下有规则的运动-------漂移运动 形成的电流-------漂移电流
+4
+4
空穴运动的实质是共有电 子依次填补空位的运动。
+4
+4
二、本征半导体
2、本征半导体的导电机理 （3）结论
①电子和空穴总是成对出现的------本征激发。 电子和空穴也可以复合而消失。
②本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流------空穴电 流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。 ③电子--空穴对的数目对温度、光照十分敏感。 ④本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
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即O点为0V。 则接D阳极的电位为-6V，接阴 极的电位为-12V。 阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。 导通后，D的压降等于0.7V，所以，AO的电压值为-6.7V。
2.3.5二极管基本应用电路及分析方法
3.二极管开关电路
【例2.4】 二极管开关电路如图所示，采用二极管理想模型，当UA 和 UB分别 为0V或3V时，求解 UA 和UB不同组合时，输出电压 的值。
VCC +5V D1 D2 R 4.7kΩ UO
二极管工作状态 UA UB D1 D2 UO
UA UB
0V
0V 3V
0V
3V 0V
导通
导通 截止
导通
截止 导通
0V
0V 0V
3V
3V
导通
导通
3V
3.3
二极管应用电路举例
单向桥式全波整流
电流流向：
正半周：A—D1—RL—D3—B 负半周：B—D2—RL—D4—A
双向限幅电路
二极管电路分析举例 例：分析图示电路 理想模型：
R 1k U
10V
I
R 1k U
恒压降模型： 10V
I
R 1k U
10V
I
Uon
例：图示二极管限幅电路，R＝1k，UREF=2V，输入信号为ui。
(1) 若 ui为4V的直流信号，分别采用理想模型、恒压降模型计算电流I和输出
电压uo
解：理想模型
u I uO
解： （1）理想模型： U O VREF 2V
10V
ui
10V
ui
2V
0
2.7V
t
0
t
10V
uo
10V
uo
采用理想模型
采用恒压降模型
2.3.5二极管基本应用电路及分析方法
【例2.3】二极管限幅电路如图所示，求输出电压UAO。
解：
先断开D，以O为基准电位，
R ＋ VD ui － E uo － ＋
R ＋ VD ui － E uo － ＋
并联二极管上限幅电路
并联二极管下限幅电路
＋ ui
VD
＋ R uo E －
－
(a )上限幅
串联二极管限幅电路
＋ ui E － － VD ＋D1 ui － ＋ － E1 VD2 － E2 ＋ uo － ＋
uo
t
相当于开路，回路无电流，uo=ui； 2.7V
0
写出图示各电路的输出电压值，
设二极管导通电压UD＝0.7V 。
4.小信号模型
根据二极管的小信号模型画出电路的交流通路，并求 出电阻R两端的电压和电流的表达式。
rd ud us
id
uR
R
uR
R us R rd us R rd
iR
电路的交流通路
2.3.5二极管基本应用电路及分析方法
2. 二极管限幅电路
【例2.2】 图示为二极管限幅电路R=1K，VREF=2V ，二极管为硅二极管，输 入信号为uI 。 （1）若uI为5V的直流信号，分别采用理想模型、恒压降模型计算电流 和输 出电压 。 （2）若uI =10sinωtV ，分别采用理想模型和恒压降模型求输出电压的波形。
+
R I
U REF +
ui -
uO -
恒压降模型
（2）如果ui为幅度±4V的交流三角波，波形如图（b）所示，分别采用理想 二极管模型和恒压降模型分析电路并画出相应的输出电压波形。
R
+
ui
I
U REF +
ui -
uO -
4V 2V
t
0
-4V
解：理想模型（波形如图所示）。
uo
2V t
① ui<UREF时，二极管反偏截止，相
当于开路，回路无电流，uo＝ui；
② Ui>UREF时，二极管正偏导通，相
当于短路，uo＝ UREF；
恒压降模型（波形如图所示）。
R
+
ui
4V 2.7V
t
I
U REF
+
ui -
uO -
0
-4V
① ui<UREF+Uon时，二极管反偏截止， ② Ui>UREF+Uon时，二极管正偏导通，
相当于短路，uo= UREF+Uon；
4.小信号模型(导数的概念)
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（Vm<<VDD）, 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。
4.小信号模型
个微变电阻
过Q点的切线可以等效成一
即 rd
根据
u D iD
R
uI
D
VREF
uO
U I VREF 5V 2V ID 3mA R 1K 恒压降模型： UO VREF U D 2V 0.7V 2.7V U I VREF U D 5V 2V 0.7V ID 2.3mA R 1K （2）
u I uO
D
iD IS (eu
/ UT
1)
得Q点处的微变电导
（a）V-I特性
（b）电路模型
di gd D du D
Q
I S ev UT
D
/ VT Q
iD UT
Q
ID UT
则 rd
1 UT gd I D
常温下（T=300K） rd
U T 26(mV) I D I D (mA)