理想模型和恒压降模型应用举例.ppt
二极管的基本应用二极管的大信号模型理想模型a伏安
1.2二极管的基本应用1.2.1二极管的大信号模型一、理想模型（a ）伏安特性曲线 （b ）符号 (c)等效电路模型图1理想二极管模型二、恒压降模型（a ）特性的折线近似（b ）等效电路模型图2二极管恒压降模型例1、硅二极管电路如图3所示，试求电路中电流Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰo 和输出电压U O 的值。
图3解：V DD1>V DD2U O = V DD1-U D(on)=1.5-0.7=14.3VⅠo =mA R U Lo8.4=Ⅰ2 =mA R V UDD o 3.22=-Ⅰ=Ⅰo +Ⅰ2 =7.1mA练习：练习册第1页，第2题。
1.2.2二极管应用电路举例一、二极管门电路例2、二极管门电路如下图4所示，二极管均为理想的，当U A和U B分别为0V和5V时，分析电路的功能。
图4当U A=U B=0V时，U o=0VU A=0V、U B=5V时，U o=0VU A=5V、U B=0V时，U o=0VU A=5V、U B=5V时，U o=5V当U A和U B都为高电压5V时，Y端输出高电压5V，只要有一个输入为低电压0V时，则输出为低电压0V，实现了与功能。
例3、理想二极管电路如图5所示，试求输出电压u O的值。
图5解：V1导通V2、V3截止。
u O=6V。
二、整流电路例4、二极管电路如图6（a）所示，已知输入电压u i为正弦波，幅度为15V，试画出输出电压u O的波形。
解：（a）原理电路（b）ui 正半周电路（c）ui负半周电路（d）输入、输出电压波形图6二极管桥式整流电路三、限幅电路例5、下图7(a)中已知u i=2sinωt(V)，二极管为硅管，其导通时管压降为0.7V；试画出输出电压u O的波形。
图7解：采用恒压降模型可得等效电路如图6(b)所示。
根据输入波形可得图6(c)所示输出电压u O的波形，输出电压的幅度被限制在 0.7V之间。
1.2.3二极管的直流电阻和交流电阻一、直流电阻（a ）二极管电路 （b ）直流电阻和交流电阻图8二极管的直流电阻和交流电阻 直流电阻Q Q D I U R =二、交流电阻r d ≈DT I U ≈)(26m A I m V D 二、 微变等效电路分析法图9交、直流作用下的二极管电路(a)电路 (b)电压、电流波形 例6、图9（a ）所示电路中，设二极管导通电压U D （on ）=0.7V, u i =5sin ωt(mV),C 对交流的容抗近似为零，试求二极管两端的交流电压u d 和流过二极管的交流电流i d 。
华大半导体181页PPT基础知识培训——常用半导体器件讲解
另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体 之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些 硫化物、氧化物等。
((112--22
半导体的导电机理不同于其它物质，所 以它具有不同于其它物质的特点。比如： 热敏性、光敏性、掺杂性。
当受外界热和光的作用时，它的导 电能力明显变化。
((118--88
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
((119--99
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键 中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱 离共价键成为自由电子，因此本征半导体中 的自由电子很少，所以本征半导体的导电能 力很弱。
(1) 最大整流电流IF (2) 反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM
(3) 反向电流IR
(4) 最高工作频率 fM
((114--74477
补充参数:
(电信专业)
（5）最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正
向平均电流。
——注意与IF的关系
(6) 正向压降VF
(7) 极间电容CB、 CD
半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
((112--12211
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
1.3.2二极管的模型与应用
1.3.2 二极管的模型及应用
【例1.3.3】电路如图，ui=10sinωt V，二极管采用理想模型，求输出电压值。
【解】 ui=10sinωt V ≥ E1=2V时，D1导通，uo=E1=2V
ui=10sinωt V≤E2=-5V时，D2导通，uo=E2=-5V
-5V＜ui=10sinωt V＜2V时，D1、D2均截止，uo=ui
管的工作状态，并求输出电压值。设恒压降模型Uon=0.6V。
【解】 （1）采用理想模型分析 二极管D1截止、D2导通，UAB=-6V
Uk1=0V k1 k2
Uk2=-6V
a1 Ua1=10V a2
（2）采用恒压降模型分析
二极管D1截止、D2导通，UAB=-5.4V
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Uon
正向导通时Uon=0.6V（硅管） 反向截止时ID=0A
1.3.2 二极管的模型及应用
一、二极管的模型
（3）交流小信号模型
iD/mA
ΔiD ID O
Q
UD uD/V ΔuD
Cd
rd 低频交流小信号模型
rd 高频交流小信号模型
uD
uD
iD IS(e UT 1) IS e UT
交流电阻：rd
132二极管的模型及应用1理想模型2恒压降模型一二极管的模型正向导通时u0v反向截止时i0a正向导通时u06v硅管反向截止时i132二极管的模型及应用3交流小信号模型二极管的直流电阻
1.3.2 二极管的模型及应用
一、二极管的模型 （1）理想模型
正向导通时Uon=0V 反向截止时ID=0A
（2）恒压降模型
R
ui
+10V
二极管V-I特性的建模
模拟电子技术知识点：二极管V-I特性的建模①理想模型：正偏：v D =0 V 反偏：i D =0适用场合：电源电压>>管压降i Dv D 0i Dv D 00.7V ②恒压降模型：正偏：v D =0.7 V(硅管)反偏：i D =0适用场合：i D ≥1 mA （应用较广）+-v D i D+-v D i D 实际曲线iDv D 0V th ③折线模型：正偏：Vth=0.5 V反偏：iD=0+-v Di D V thr D r D的确定：注意：由于二极管特性的分散性，Vth 和rD的值不是固定不变的。
1mA0.7VD 0.7V0.5V200 1mAr-==ΩΔv D Δi D i DI Dv D Q 0V D ④小信号模型当v s =0时，电路处于直流工作状态Q 点——静态工作点当v s ≠0时，二极管工作在小信号范围内，可以把它的V-I 特性作线性化处理，其斜率的倒数即为此模型的微变电阻r d 。
可见，其大小和Q 点的位置有关。
+-r d Δv D Δi D D D d i v r ∆∆=R i D v D V DD v S+-+-V DD R V DDΔv D Δi Di D I D v D QV D R i D v D V DD v S+-+-V DD R V DD微变电阻r d 的另一求法：可见，其大小和Q 点的位置有关。
D T D d s D T D D T T 1(Q )v V di g I e dv V i I V V ==≈=在点上T d D D 26mV (T 300K)(mA)V r I I ≈==D T D S (1)v V i I e =-指数模型：:微变电导知识点：二极管V-I 特性的建模①理想模型②恒压降模型③折线模型④小信号模型。
二极管等效模型
二极管等效模型
等效电路：选择合适的元件，等效的反映设备或系统在特定工作区域
的实际端口特性
建模——线性化——应用线性电路分析方法分析电路
具有局部线性
的特征
建模
（1）理想模型（Ideal Equivalent circuit ）
反偏时，电阻为无穷大，电流为0
理想二极管的伏安特性
-i u D
u D
i 理想二极管的等效电路
K
正偏时，管压降为0，电阻为0
（2）恒压降模型（simplified equivalent circuit ）
外加正向电压大于U D （on ）时，二极管导通，电阻为0
外加电压小于U D （on ）时，电流为0，二极管截止
-i
u D
u 二二二二二二二二D
i U
恒压降模型特性曲线等效电路
K U D
-+
考虑二极管的导通电压，又考虑二极管的动态电阻。
（3）折线模型(piecewise-linear equivalent circuit)+
-
D
i D
u D
u D
i D
r on
V on
V ; [exp()1];
[ex (126()p )1])
(()
T D D
D D S D T D
S D d D T D
d D D D T D u u r i i U u d di U i g d U mV r g I d m u I U A u ∆==I -∆I -===≈
≈=常温下。
电子技术基础模拟部分第六版
反向偏 置特性
iD = -IS
-1.0
-0.5
iD/mA 1.0
0.5
正向偏 置特性
0.5
1.0 vD/V
PN结的I-V 特性
且在常温下（T=300K）
VT
kT0.026V q
26mV
21
精选ppt
21
3.2.4 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压增
iD
加到一定数值时，反向
电流突然快速增加，此
现象称为PN结的反向击
当vs为正半周时，二极管导通，且导通压降为0V，vo = vs
vs
+
D
+
vs
R
vo
-
-
（a）
O
2 3
4 t
vo
O
2 3
4 t
39
精选ppt
39
2．模型分析法应用举例
（2）静态工作情况分析
当VDD=10V 时， （R=10k ） 理想模型
VD 0V
恒压模型
IDVDD /R1mA （a）简单二极管电路 （b）习惯画法
O
Vth
vD
(a)
+
vD
iD
Vth
rD
(b)
（a）I-V 特性 （b）电路模型
35
精选ppt
35
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
1. 二极管I-V 特性的建模
（4）小信号模型
+ vs-
VDD
R
iD
+
D
vD
-
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。
二极管理想模型、恒压降模型电路参数分析图文说明
二极管理想模型、恒压降模型电路参数分析图文说明①二极管理想模型当二极管的正向压降远小于外接电路的等效电压，其相比可忽略时，可用图 1.17(a)中与坐标轴重合曲线近视代替二极管的伏安特性，这样的二极管称为理想二极管。
它在电路中相当于一个理想开关，只要二极管外加电压稍大于零，它就导通，其压降为零，相当于开关闭合；当反偏时，二极管戒指，其电阻为无穷大，相当于开关断开。
①二极管的恒压降模型当二极管的正向压降与外加电压相比不能忽略，可采图 1.10(b)所示的伏安特性曲线和模型来近似代替实际二极管，该模型由理想二极管与接近实际工作电压的电压源UF串联构成，UF不随电流二变。
对于硅管的UF通常取0.7V，锗二极管为0.2V。
不过，这只有当流经二极管的电流近似等于或大于1mA时才是正确的。
U FU d/mA U d/mA(b)恒压降模型特性曲线(a)理想模型特性曲线图1.10 二极管电路模型例：二极管电路如图1.11所示，试分别用二极管的理想、恒压模型计算回路中的电流I D和输出电压U D。
设计二极管为硅管。
图1.11 二极管电路解：首先判断二极管是出于导通状态还是截止状态，可以通过计算（或观察）二极管未导通时的阳极和阴极间的点位差，若该电位差大于二极管所需的导通电压，则说明该二极管出于正向偏置而导通；如果该电位小于导通电压，则该二极管出于反向偏置而截止。
由图1.18可知，二极管D1未导通时阳极电位为-12V ，阴极电位为-16V ，则阳、阴两级的电位差：V U V V U U U F b a ab 7.04)16(12=>=---=-=故在理想模型中和恒压降模型中，二极管D1均为导通。
用理想模型计算：由于二极管D1导通，其管压降为零，所以：VV U mA R V V R U I O R D 12220001612112111-=-==+-=+-==用恒压降模型计算：由于二极管D 导通，UF=0.7V ，所以：VV K mA V R I U mA R U V V R U I D O F R D 7.1216265.165.120007.016121112111-=-Ω⨯=-==-+-=-+-==(6)二极管的主要参数为了正确选用及判断二极管的好坏，必须对其主要参数有所了解。
二极管的理想开关模型和恒压降模型
二极管的理想开关模型和恒压降模型 分类：模拟电路 2013-05-30 11:59 2520人阅读评论（0）收藏举报模拟电路二极管模型 .极管的模型1•理想模型所谓理想模型，是指在正向偏置时，其管压降为零，相当于开关的闭合。
当反向偏置时，其电流为 零,阻抗为无穷，相当于开关的断开。
具有这种理想特性的二极管也叫做理想二极管。
在实际电路中，当电源电压远大于二极管的管压降时 ，利用此模型分析是可行的。
2•恒压降模型所谓恒压降模型，是指二极管在正向导通时，其管压降为恒定值，且不随电流而变化。
硅管的管 压降为0.7V 锗管的管压降为 0.3V 。
只有当二极管的电流Id 大于等于1mA 时才是正确的。
在实际电路中，此模型的应用非常广泛。
稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。
电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流 ，从而起到稳压作用。
最简单的稳压电路由稳压二极管组成如图所示。
从稳压二极管的特性可知，若能使稳压管始终工作在它的稳压区内，则 VO.基本稳定在 Vz 左右。
当电网电压升高时，若要保持输出电压不变，则电阻器 的电流增大。
这增大的电流由稳压二极管容纳，它的工作点将由 线可知此时Vo 沁Vz 基本保持不变。
若稳压二级管稳压电路负载电阻变小时， 要保持输出电压不变， 负载电流要变大。
由于VI 保持不变，则流过电阻 R 的电流不变。
此时负载需要增大的电流由稳压管调节出来，它 的工作点将由b 点移到a点。
所以，稳压管可认为是利用调节流过自身的电流大小（端电压基本不变）来满足负载电流的改变， 并和限流电阻R 配合将电流的变化转化为电压的变化以 适应电网电压的变化。
稳压二极管电路稳压存在问题：电网电压不变时，负载电流的变化范围就是 IZ 的调节范围（几十 mA ）,这就限制了负载电流10的变化范围。
怎样才能扩大 IO 的变化范围。
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UO= VDD1 UD(on)= （15 0.7）V = 14.3 V
IO= UO / RL= 14.3 V/ 3 kΩ = 4.8mA I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) V/ 1 kΩ = 2.3 mA
I1= IO + I2 = （4.8 + 2.3） mA = 7.1 mA
例2 试求下图硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 值
解：假设二极管断开
I1 0.7V IO
15 V
VDD1
PN
I2
VDD2
R
1 kW
RL
3 kW
12V
UO
UUPN=1R5 RVL L 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
通，VD2管截止，u O ＝ 2.7V ； 当 - 4.7V < u i < 2.7V 时， VD1管 和VD2管均截止，u O ＝ u i ；
当 u i < - 4.7V 时，VD1管截止，
（2故）断-画开4.出7二VVV电极+DD<2压V16只管只uVD传i能1，能<-输在分在2特.7u析uVV性ii各<D>时曲2二-2，4线.7极.7VV和V管D时时uV1的、导iD导和导2V管通通uD通导2；O；均的条通截波件，止形：u。如O ＝下图- 4所.7V示。。
理想模型和恒压降模型应用举例
例1 试求下图硅二极管电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 值
I1
IO
解：假设二极管断开
15 V
VDD1
PN
I2
VDD2
R
1 kW
RL
3 kW 12V
UO
UUPN=1R5 RVL L 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/V 5.1kΩ
ui/V 10
+
4VD1 B AVD2 + 2.7
ui
2+ 2V
4V
uO
0 -4.7
t
-
-4 -2- 0 2 -2
4+
ui/V-
-10
uo/V
-4ห้องสมุดไป่ตู้
2.7
DC
0
t
-4.7
(a)电压传输特性
(b) u i和u O的波形
双向限幅电路用以限制信号电 压范围，常用作保护电路。
例3 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；
（2）已知ui＝10sint (V)，画出ui和u O的波形。
55..11kkΩΩ
+
++
+-+VV0DDD.7111V
uuiii
22VV
--
--
_
-+-
VV0.DD7D2V22 ++ 44VV uuOOO
++ --
解：（1）分析电路工作情况 当 u i > 2.7V 时，VD1管导