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一、用二极管直流模型来分析电路 例 2 限幅电路 电路如图：输入正弦波，分 析输出信号波形。 R=1K， VREF=3V 求（ 1）当 Iv =0V、 4V、 6V时，求输出电压值 （ 2）当 时输出电压的波形 Vs in6 tv I 解： （ 1）当 =0V、 4V、 6V时，求输出电压值 首先：考虑选用何种二极管的模型？ 因为只有直流电压源作用，所以使用直流模型。考虑到输入电压不高， 且有 VREF=3V， 因此作用于二极管两端的电压不高，所以要选用折线模 型才能满足题目的精度要求 将原始电路中的二极管用它的 直流折线 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 Iv 1）当 =0V时，求输出电压值 Iv IO vv 理想二极管截止，支路断开 2）当 =4V时，求输出电压值 Iv 理想二极管导通，用理想导线代替 V583.3 Ov 3）当 =6V时，求输出电压值 Iv 理想二极管导通，用理想导线代替 V917.3Ov （ 2）当 时输出电压的波形 Vs in6 tv I 虽然 是一个交流电压源，但是对二极管来说，并 不是小信号，所以二极管仍然采用直流模型，交流电压源可 以看成为某个瞬时值的直流电压源 Vs in6 tv I 时 V 5.3)( )1 R E FthI VVv O + V R EF I + R 理想二极管被反偏，处于截止状态 时 V 5.3)( )2 R E FthI VVv O + V th V R EF I + R r D 理想二极管导通，理想导线代替 O /V O /V t t 斜率 斜率 0 . 17 r D r D +R V R EF + V th = 3. 5 V I / V ( c) ( d ) 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 Rr r Rr r v Rr v riv D D D D I D I Do 本题目中二极管当作开关来使用，即某段时间内导通，某段时间内截止 一、用二极管直流模型来分析电路 例 3 开关电路 本题目中，二极管当作开关来使用， 即在所有时间内均导通 ，或者在所有时间内均截止 若二极管为硅管 ， 当 Vi = 0.4V， Vo = _ V； 当 Vi = 1.5V， Vo = _ V。 若二极管为锗管时 ， 又分别是 _ V和 _ V。 解： 这类题目中含有一个二极管 ， 可先将二极管断开 ， 然 后计算二极管阳 、 阴极间是正向电压还是负向电压 ， 若为 正向电压且差值大于或等于死区电压时 ， 二极管导通 ， 反 之二极管截止 。 此题中 ， 二极管实际上并非理想器件 。 正向导通时 ， 对于 硅管大约有 0.7V的正向压降；对于锗管大约有 0.3V的正向 压降 。 所以对于硅二极管 ， 当 Vi = 0.4V时 ， 相当于截止 ， Vo = 0.4V， 而 Vi = 1.5V时 ， 相当于导通 ， 有 0.7V的管压降 ， Vo = 0.7V；对于锗二极管 ， 无论 Vi= 0.4V或 Vi= 1.5V都相当 于导通 ， 有 0.3V的管压降 ， 所以都有 Vo = 0.3V。 例 4 有两个二极管的开关电路 本题目中，二极管当作开关来使用， 即在所有时间内均导通 ，或者在所有时间内均截止 一、用二极管直流模型来分析电路 设二极管是理想的，判断两个二 极管的状态，并求输出电压 Vo 解题思路 1、将二极管从电路中拿走，在此电路的基础上求两个二极管的阳极和阴极之间的 电位差 2、两个二极管的阳极和阴极之间的电位差共有三种情况： 1）均小于 0 2）均大于 0 3）一个为正，另一个为负 3、根据不同的情况做出判断： 1）均小于 0 ：立即得出结论，两个二极管均截止 2）均大于 0：这其中会有一大一小，可以得出结论，大的那个二极管一定导通，小的那 个状态不定，需要做进一步的判断。大的那个二极管导通后用理想的导线代替，这时整 个电路就转化成了只有一个二极管的电路，按照例 3的方法继续判断，从而得出最后的结 论。 3）一个为正，另一个为负：正的那个二极管一定导通，负的那个状态不定，需要做进一 步的判断。正的那个二极管导通后用理想的导线代替，这时整个电路就转化成了只有一 个二极管的电路，按照例 3的方法继续判断，从而得出最后的结论。 练习题 220V e2 iD uL 例 6 整流电路 整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路， 1、半波整流 e2 E 2m + - iD uL 整流电路中的二极管是作为 开关运用，具有单向导电性。 20 + - 2、全波整流 220V uL io RL e2 e2 + - - + e 2 e2 - + - + e2 uL 3、桥式整流 220V e2 uL + - 220V e2 uL + - e2 uL 二、用二极管交流模型来分析电路 例 5 低电压稳压电路 直流电压源 VI的正常值为 10V， R=10K，若 VI变化 1V时，问相应的硅二 极管电压（即输出电压） 的变化如何？ 解 （ 1） 求静态工作点，画出直流通路，二极管采用直流模型 （ 2）画交流通路，二极管采用交流模型（这时的信号是小 信号） mA93.010 7.010D I 96.2793.0 26mV261 DD T d d II U gr mVRr ru 79.21 0 0 0 096.27 96.27 d dD 本章作业 2.4.1、 2.4.3、 2.4.4a、 2.4.7、 2.4.10 2.5.1、 2.5.3 第 2章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结 2.3 半导体二极管 2.4 二极管基本电路及分析方法 2.5 特殊二极管 2.5 特殊二极管 2.5.1 稳压二极管 2.5.2 光电子器件 1. 光电二极管 2. 发光二极管 1.稳压特性 稳压原理 ：在反向击穿时，电流 在很大范围内变化时，只引起很 小的电压变化。 正向部分与普通二极管相同 稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。 当反向电压加到一定值时，反向 电流急剧增加，产生反向击穿。 2.5.1 稳压二极管 (1) 稳定电压 VZ (2) 动态电阻 rZ： 愈小稳压性能愈好 在规定的稳压管反向工作 电流 IZ下，所对应的反向工作 电压。 rZ =VZ /IZ (3)最大耗散功率 PZM (4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin (5)稳定电压温度系数 VZ 2.特性参数 光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。 其结构和普通的二极管基本相同 它利用光电导效应工作， PN结工作在反偏状态，当光照射在 PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子 空穴 对，在外电场的作用下形成光电流。 D 应在反压状 态工作 发光二极管是 将电能转换成光能的特殊半导体 器件，它 只有在加正向电压时才发光 。 2.5.2 光电子器件 1、 光 电 二 极 管 2、 发 光 二 极 管 稳压管工作时应反接，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。二是当输入电压或负 载电流变化时，通过电阻上压降的变化， 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。 3.应用方法 + R - I R + - R L I O V OV I I Z D Z 稳压电路 IZmin IZ IZmax VI VO IZ IR VR VO LED显示器 a b c d f g a b c d e f g a b c d e f g +5V 共阳极电路 共阴极电路 控制端为高电平 对应二极管发光 控制端为低电平 对应二极管发光 e 小 结 1、 半导体中有两种载流子： 电子和空穴 。载流子有 两种运动方式： 扩散运动和漂移运动 。 本征激发 使半导体中产生 电子 -空穴对 ，但它们的数 目很少，并与温度有密切关系。 2、在本征半导体中掺入不同的杂质 ,可分别形成 P型 和 N型半导体 ,它们是各种半导体器件的基本材料。 3、 PN结是各种半导体器件的基本结构形式 ，如二极 管由一个 PN结加引线组成。因此，掌握 PN结的特性对 于了解和使用各种半导体器件有着十分重要的意义。 PN结的重要特性是单向导电性。 4、 为合理选择和正确使用各种半导体器件，必须熟悉 它们的参数。这些参数大至可分为两类，一类是 性能参数 ， 如稳压管的稳定电压 VZ、稳定电流 IZ、温度系数等；另一 类是 极限参数 ，如二极管的最大整流电流、最高反向工作 电压等。必须结合 PN结特性及应用电路，逐步领会这些参 数的意义。 5、 二极管的伏安特性是非线性的，所以它是非线性器 件 。为分析计算电路方便，在特定条件下，常把二极管的 非线性伏安特性进行分段线性化处理，从而得到几种简化 的模型，如 理想模型 、 恒压降模型 、 折线模型 和 小信号模 型 。 在实际应用中，应根据工作条件选择适当的模型 。 小 结 6、 对二极管伏安特性曲线中不同区段的利用，可以构 成各种不同的应用电路。组成各种应用电路时， 关键是外 电路（包括外电源、电阻等元件）必须为器件的应用提供 必要的工作条件和安全保证。 小 结 重点难点 重点 ： (1)半导体二极管的 V-I特性及主要参数 (2)二极管的基本电路及分析方法 (3)稳压管工作原理及应用 难点 ： 两种载流子、 PN结的形成、 单向导电性、二极管的基本电路 及分析方法。 半导体二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下： 附 录 半导体二极管图片 附 录 半导体二极管图片 附 录 半导体二极管图片 附 录
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