1.3 二极管基本应用电路及其分析方法

习惯画法
电路
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 均为理想二极管， 当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和高电压 5 V 的不同组合时， 求输出电压 UO 的值。
解：
输入电压 理想二极管 输出
UA UB
0V 0V
VA 正偏 导通
VB 电压
正偏 导通
t
VDD
rd
duD diD
Q
二极管的小信号模型
t
ui
由 iD I S (e uD / UT 1)
得
1
IS
UQ
e UT
IQ
rd U T
UT
rd = UT / IQ 26 mV / IQ
交流电阻rd 很小。IQ越大，rd 越小
例
例
例
例1.3.7 图示为硅二极管低电压稳压电路，输入电压U I为10V，试分析
0V
0V
0V 5V
正偏 导通
反偏 截止
0V
5V
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 均为理想二极管， 当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和高电压 5 V 的不同组合时， 求输出电压 UO 的值。
解：
输入电压 理想二极管 输出
UA UB
0V 0V
替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于 0.7V，因此可采用理想模型分析法。 解： u i 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i
u i 为负半周时，二极管反偏截止，u o= 0
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.3 下图所示电路中，输入电压 为振幅15V的正弦波，试画 出输出电压波形。 解题分析：u i 为交变大信号，因此二极管交
2. 动态分析: 求U I变化 ±1V时相应变化量ΔU O
例1.3.7 电路
rd = 26mV / IQ mA= (26 / 3.1 ) 8.39
U O
rd rd
R
U I
8.39 8.39 3000
( 1 V)
2.79mV
3. 综合分析:
U'O＝U O＋ΔU O ＝700 mV ± 2.79 mV
（2）已知u i＝10sin t V，画出u i 和u O的波形。
55..11kkΩΩ
解：（1）分析电路工作情况
++ uuiii
+ +-+VV0D1DD1.7111V
22VV
_
+--
V0V.7D2DD2V222 44VV
++ uuOOO
当 u i ≥ 2.7V 时，V1管导 通，V2管截止，u O ＝ 2.7V ； 当 4.7V < u i < 2.7V 时， V1管
1. 恒压降模型
iD
2. 理想模型
iD
O
uD UD(on)
uD UD(on) 时导通， 等效为 uD= UD(on)
uD< UD(on) 时截止， 等效为开路 iD= 0
O
uD
uD>0时导通，等效为短路 uD= 0
uD<0时截止，等效为开路 iD= 0
二、模型的选用
EWB演示
Multisim演示
例1.3.1 硅二极管电路如图所示，R = 2 k，试用二极管理想模
1.3 二极管基本应用电路 及其分析方法
1.3.1 理想模型分析法和恒压降模型分析法 1.3.2 图解分析法和小信号模型分析法 1.3.3 仿真分析法
二极管电路分析思路
1.2 V
100 iD
R
VDD
uD
uD = VDD iDR
求解 iD = f (uD)
可得二极管电流、电压
非线性元器件的分析方法
I1 0.7V
IO
15 V VDD1
PN
I2
VDD2
R 1 k
RL
3 k
UO
12V
解：假设二极管断开
UP = 15 V
UN
RL RL
R
VDD2
3 12V 9V 31
UP N >0.7V，二极管导通， 等效为 0.7 V 的恒压源
UO= VDD1 UD(on)= （15 0.7）V = 14.3 V
图解分析法 ：直观但不方便，通常用于观察器件工作状态。 模型分析法 ：有大信号模型和小信号模型之分。工程上常用之。
仿真分析法 ：常用软件有：美国国家仪器公司（NI）的Multisim、 美国加州大学伯克利分校开发的PSpice等。
1.3.1 理想模型分析法和恒压降模型分析法
一、恒压降模型和理想模型的建立
I1
IO
解：假设二极管断开
15 V VDD1
PN I2
VDD2
R RL 1 k
3 k 12V
UO
UP = 15 V
UN
RL RL
R
VDD2
3 12V 9V 31
UP N >0.7V，二极管导通， 等效为 0.7 V 的恒压源
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.2 试求图示硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。
采用恒压降模型分析法得UO = 9.3V， IO =4.65 mA
二、模型的选用 续
由该例可见： VDD 大时可采用理想模型； VDD 小时应采用恒压降模型。
欲得更高计算精度，可采用二极管的折线模型。
*自学
rD 称为二极管 的导通电阻
三、二极管应用电路及其分析
例1.3.2 试求图示硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。
型和恒压降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 值。
解：
UD(on)
VDD IO R UO
VDD
IO R UO VDD IO R UO
当VDD = 2 V 时 ，采用理想模型分析法得 UO = VDD = 2 V
IO = VDD / R = 2 V/ 2 kΩ = 1 mA
替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于 0.7V，因此可采用理想模型分析法。 解： u i 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.3 下图所示电路中，输入电压 为振幅15V的正弦波，试画 出输出电压波形。 解题分析：u i 为交变大信号，因此二极管交
替工作于导通和截止状态。u i 振幅远大于 0.7V，因此可采用理想模型分析法。 解： u i 为正半周时，二极管正偏导通，u o= u i
u i 为负半周时，二极管反偏截止，u o= 0
故可画出u
波形为
o
此为半波整流电路
三、二极管应用电路及其分析 续
例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 均为理想二极管， 当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和高电压 5 V 的不同组合时， 求输出电压 UO 的值。
利用二极管的正向恒压特性可进行稳压，但一般只用于3~4V以下。
作业：P39 1.10
讨论 怎样选用合适的分析方法对二极管应用电路进行分析 ？
答：二极管电路分析方法主要有图解分析法和模型分析法，前者常 用于观察器件工作情况是否合适，后者用以分析电路性能，通常采 用模型分析法。分析时先选用合适的模型，再进行电路分析。
解：
5V 5V
实现了与功能
输入电压 UA UB
0V 0V 0V 5V
5V 0V 5V 5V
理想二极管
VA 正偏 导通 正偏 导通 反偏 截止 正偏 导通
VB 正偏 导通
反偏 截止 正偏 导通 正偏 导通
输出 电压
0V
0V
0V 5V
例1.3.5 试分析下图所示的硅二极管电路: （1）画出电压传输特性曲线；
采用恒压U降UO模O 型09分..73析VV 法 7得.5%UIOO
= =
VDD UO /
–UUUOOD(on)10=..（37VV2540%.7 ）V= 1.3
R = 1.3 V/ 2 kΩ = 0.65 mA
V
当VDD =10 V 时， 采用理想模型分析法得 UO = 10V， IO =5 mA
可得二极管电流、电压
直流工作点参数为： UQ = 0.7 V，IQ= 5 mA
二极管直流电阻
RD
UQ IQ
0.7V / 5 mA 140
Q点越高，二极管直流电阻越小。
二、二极管电路的交流图解分析
C二、二iD极管电路的交流iD /图mA解分析 iD / mA
R
VDD/ R
id
ui
uD
VDD
ui =Uimsin t ，Uim很小
当U
I
变化
±1V时输出电压U
的相应变化量和输出电压值。
O
解：1. 静态分析：求U I 为10V、变化量为零时的U O、I Q
U O =UQ 0.7 V, IQ = (100.7) V/3k = 3.1 mA
2.
动态分析:
求U
变化
I
±1V时相应变化量ΔU
O
例1.3.7 电路
U I有变化时的等效电路
例1.3二极管应用电路及其分析 续
例1.3.4 下图所示的二极管电路中，设 VA、VB 均为理想二极管， 当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和高电压 5 V 的不同组合时， 求输出电压 UO 的值。
解：
输入电压 理想二极管 输出
UA UB
0V 0V
VA 正偏 导通
VB 电压