二极管基本电路及其分析方法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.4,二极管基本电路及其分析方法,3.4.1,简单二极管电路的图解分析方法,3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,3.4 二极管基本电路及其分析方法 3.4.1 简单二极管,1,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法,二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的,V,-,I,特性曲线。,3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一,2,例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的,V,-,I,特性曲线、电源,V,DD,和电阻,R,，求二极管两端电压,v,D,和流过二极管的电流,i,D,。,解：由电路的KVL方程，可得,即,是一条斜率为-1/,R,的直线，称为,负载线,Q,的坐标值（,V,D,，,I,D,）即为所求。,Q,点称为电路的,工作点,例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电,3,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管,V,-,I,特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,（1）理想模型,（a）,V,-,I,特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I,4,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管,V,-,I,特性的建模,（2）恒压降模型,（a）,V,-,I,特性 （b）电路模型,（3）折线模型,（a）,V,-,I,特性 （b）电路模型,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I,5,1.二极管正向,V,-,特性的建模,u,D,i,D,电路模型,S,S,正向偏置，其压降为0V;而在反向偏置时，认为电阻无穷大,3,.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1)理想模型,：判断二极管通断,1.二极管正向V-特性的建模uDiD电路模型SS正向,6,二极管导通后,其管压降认为是恒定的,且不,随电流而变化,典型值是 0.7V。不过，这只有当二,极管的电流i,D,近似等于或大于1mA时才正确。,i,D,v,D,电路模型,2）恒压降模型,i,D,+,_,v,D,0.7V,0.7V,：信号幅度远大于二极管压降,二极管导通后,其管压降认为是恒定的,且不iDvD电路,7,3)折线模型,其中，,V,th,和r,D,的值不是,固定不变的。,i,D,v,D,电路模型,+,_,v,D,i,D,V,th,r,D,V,th,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。V,th,约为0.5V(硅）,：信号幅度不能远大于二极管压降,3)折线模型 其中，Vth和rD的值不是iDvD电路,8,3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管,V,-,I,特性的建模,（4）小信号模型,v,s,=0 时,Q,点称为静态工作点，反映直流时的工作状态。,v,s,=,V,m,sin,t,时（,V,m,V,N,，则理想二极管导通，用短路代替；,若V,N,V,P,，则理想二极管截止，用开路代替。,4）分析电路中待求量。,分析方法：1）选取参考点；,12,习题：P97页 3.4.5,电路如图，求,V,AO。,V,P,=6 V,V,N,=12 V,解：,取 O 点作,参考点,D,6V,12V,3k,O,A,V,AO,+,N,P,V,P,V,N,二极管导通,V,AO,=,6V,D,6V,12V,3k,O,A,V,AO,+,N,P,6V,12V,3k,O,A,V,AO,+,N,P,习题：P97页 3.4.5电路如图，求VAO。VP=6,13,O,D,2,15V,12V,3k,A,D,1,V,AO,+,P,2,N,2,P,1,N,1,解：,取O点作参考点,V,P1,=0 V，,V,P2,=,15 V,，,V,D1,V,D2,D,1,优先导通，,D,2,截止。,V,D1,=12V，,V,D2,=,3V,V,N1,=,V,N2,=12 V,若忽略管压降，二极管可看作短路，,V,AO,=0 V,O,D,2,15V,12V,3k,A,D,1,V,AO,+,P,2,N,2,P,1,N,1,O,15V,12V,3k,A,V,AO,+,P,2,N,2,P,1,N,1,OD215V12V3kAD1VAO+P2N2P1N1解：,14,习题：P97 页 3.4.6,15V,10V,+,R,1,R,6,R,5,R,4,R,3,R,2,A,B,P,D,N,15V,10V,+,R,1,R,6,R,5,R,4,R,3,R,2,A,B,P,D,N,15V,10V,+,R,1,R,6,R,5,R,4,R,3,R,2,A,B,P,N,习题：P97 页 3.4.615V10V+R1R6R5,15,例3.4.2,1)整流电路,v,D,O,2 工作波形,v,o,O,1 工作原理,v,S,0,(,正半周),，即,V,P,V,N,，D,通，,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,P,N,v,S,0,(负,半周),，即,V,N,V,P,，D止,，,，,V,P,V,S,，V,N,=,0,D断开,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,P,N,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,P,N,v,s,t,O,v,0,=,v,s,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,P,N,v,0,=0,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,P,N,+,_,v,D,例3.4.21)整流电路vDO2 工作波形voO 1,16,R,v,O,+,_,D,+,_,v,s,习题P97页 3.4.1 3.4.2,?,RvO+_D+_vs习题P97页 3.4.1 3.,17,例3.4.3,设简单二极管基本电路如图(a)示，R=10k,图(b)是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的,D,和 V,D,的值：(,1),V,DD,=10V；(2)V,DD,=1V。在每种情况下，应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。,2)静态工作情况分析,图（b）,图（a),V,DD,例3.4.3 设简单二极管基本电路如图(a)示，R=10k,18,a.使用理想模型,b.,使用恒压降模型,c.,使用折线模型,R,+,_,R,+,_,0.7V,R,+,_,0.5V,r,D,D导通,解,：,D导通,D导通,a.使用理想模型 b.使用恒压降模型 c.使用折线,19,理想模型,恒压降模型,折线模型,(V),(mA),将数据带入上述公式得下表：,由上分析，可得如下结论：,在电源电压远大于二极管压降时，恒压降模型能,得出较合理得结果；,0,0,1,0.1,0.7,0.93,0.7,0.03,0.69,0.931,0.51,0.049,而当电源电压较低时，折线模型,能得到较满意得结果。,理想模型恒压降模型折线模型 (V)(mA)将数据,20,在电子技术中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。,3)限幅电路,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。,限幅电路，又称消波器，是利用二极管在外加正向电压超过门坎电压（死区电压）时导通，且导通后管子两端电压基本不变得特点，限制输出电压的幅度。,在电子技术中，常用限幅电路对各种信号进行处理。它,21,（1）上限幅器,R,D,V,REF,u,o,u,i,+,+,并联上限幅器,R,D,V,REF,u,o,u,i,+,+,串联上限幅器,（1）上限幅器RDVREFuoui+并联上限幅器RDV,22,（2）下限幅器,R,D,V,REF,u,o,u,i,+,+,并联下限幅器,串联下限幅器,R,D,V,REF,u,o,u,i,+,+,（2）下限幅器RDVREFuoui+并联下限幅器串联下,23,（3）双向限幅器,R,D,1,V,REF1,u,o,u,i,+,+,V,REF2,D,2,（3）双向限幅器RD1VREF1uoui+VREF2D,24,例3.4.4 一限幅电路如图所示，,R=1K,V,REF,=3V。,（1）,v,i,=0V、4V、6V时，,求相应的输出电压V,O,的值；,（2）当V,i,=6SinwtV时，绘,出相应的输出电压V,O,的波形。,1）用理想模型分析,解：,R,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,R,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,R,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,P,N,设D断开，,例3.4.4 一限幅电路如图所示，R=1K,VREF,25,v,i,t,0,R,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,3,v,o,0,t,3,vi t0RDVREFvovi+3vo0 t3,26,2）用恒压降模型分析,R,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,0.7,2）用恒压降模型分析RDVREFvovi+0.7,27,（3）限幅电路,电路如图，,R,=1k，,V,REF,=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,v,I,=6sin,t,V时，绘出相应的输出电压,v,O,的波形。,（3）限幅电路 电路如图，R=1k，,28,R,r,D,V,REF,v,o,v,i,+,+,V,th,二极管D断开，,A,B,v,A,=,v,i,V,th,，,v,B,=V,REF,3)用折线模型分析,若V,A,V,B,，D通，则,取r,D,=200,，则V,O,=0.17V,i,2.917,若V,A,V,B,，D截止，则V,O,=V,i,V,i,=0V，4V，6V时，输出电压V,o,的值如右表所示,V,i,(V),0,4,6,D状态,截止,导通,导通,V,o,(V),0,3.583,3.917,RrDVREFvovi+Vth二极管D断开，ABvA=,29,V,O,=Vi,V,O,V,O,wt,wt,V,i,0,0,VO=ViVOVOwtwtVi00,30,例,u,i,=2 sin,t,(,V)，分析二极管的限幅作用。,采用恒压降模型,-,0.7V,u,i,0.7 V,V,1,、V,2,均截止,u,O,=,u,i,u,O,=0.7 V,u,i,0.7 V,V,2,导通 V,截止,u,i,0.7 V,V,1,导通 V,2,截止,u,O,=,0.7 V,O,t,u,O,/V,0.7,O,t,u,i,/V,2,0.7,解：,例 ui=2 sin t(V)，分析二极管的限幅,31,习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.9,习题：P97 3.4.7 3.4.8 3.4.,32,4)开关电路,例3.4.5,D,1,D,2,4.7K,5V,V,CC,V,I1,+,-,V,I2,+,-,V,1,V,2,D,1,D,2,V,0,由上表可见，在输入电压V,1,和V,2,中，,只要有一个为0V，则输出为 0V；只,有当两输入电压均为5V时，输出才为,5V，这种 关系在数字电路中称为“与”逻辑。,0V,导通,导通,导通,D,1,D,2,V,I1,V,I2,4.7K,V,CC,5V,V,0,0V,截止,截止,导通,0V,0V,0V,0V,5V,5V,0V,5V,5V,截止,截止,5V,4)开关电路 例3.4.5D1D24.7K5VVCC,33,5)低电压稳压电路,例：在如图所示的低电压稳压电路中，直流电,源电压V,的正常值为10V，R=10k,当 V,变化1V时，,问相应的硅二极管电压(输出电压)的变化如何？,5)低电压稳压电路 例：在如图所示的低电压稳压电路,34,V,I,R,D,+,_,V,O,I,D,+,V,I,_,R,D,+,_,v,O,i,d,v,O,+,V,I,=2V,V,I,=10V,_,R,D,+,_,i,D,VIRD+_VOID+VI_RD+_vOidvO+V,35,解：(1)求I,D,V,I,=10V,R,D,+,_,V,O,I,D,R,D,+,_,V,O,0.7V,I,D,V,I,=10V,解：(1)求IDVI=10VRD+_VOIDRD+_V,36,(2)求,i,d,+,_,R,+,_,v,O,i,d,r,d,+,_,R,D,+,_,v,O,i,d,(2)求id+_R+_vOidrd+_RD+_,37,习题:P97 3.4.3 3.4.4,习题:P97 3.4.3 3.4.4,38,6)小信号工作情况,例3.4.6,+,v,S,V,DD,_,R,D,+,_,i,D,+,_,v,D,V,O,V,DD,R,+,_,I,D,V,D,V,O,+,v,S,_,R,+,_,i,d,+,_,v,d,v,O,r,d,6)小信号工作情况例3.4.6+vSVDD_RD+_iD+,39,7)其它电路,防止电源反接,v,i,v,o,V,CC,-V,EE,v,o,V,CC,-V,EE,防止共模输入电压过大,v,o,防止差模输入电压过大,7)其它电路防止电源反接vivoVCC-VEEv,40,2模型分析法应用举例,（6）小信号工作情况分析,图示电路中，,V,DD,=5V，,R,=5k,，恒压降模型的,V,D,=0.7V，,v,s,=0.1sin,w,t,V。（1）求输出电压,v,O,的交流量和总量；（2）绘出,v,O,的波形。,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。,2模型分析法应用举例（6）小信号工作情况分析图示电路中，V,41,