二极管电路分析.pptx

1、会计学1二极管电路分析二极管电路分析 1.二极管二极管V-I 特性的特性的建模建模 1.理想模理想模型型3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模二极管电路的简化模型分析方法型分析方法在正向偏置时，其管压在正向偏置时，其管压降为降为0 0，而当二极管处于，而当二极管处于反相偏置时，认为它的反相偏置时，认为它的电阻电阻为无穷大，为无穷大，电流电流为为零。零。uDiDO理想特性理想特性实际特性实际特性a.伏安特性伏安特性b.电路符号电路符号+uDiD第1页/共41页 1.二极管二极管V-I 特性的特性的建模建模 2.恒压降恒压降模型模型3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模二极管电路的简化模型

2、分析方法型分析方法当二极管导通后，其当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典且不随电流而变，典型值为型值为0.7V(0.7V(硅管）。硅管）。第2页/共41页 1.二极管二极管V-I 特性的特性的建模建模3.折线模折线模型型3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模二极管电路的简化模型分析方法型分析方法 为了较真实地描为了较真实地描述二极管述二极管V-IV-I特性，在特性，在恒压降模型的基础上，恒压降模型的基础上，做一定的修正，即认做一定的修正，即认为二极管的管压降不为二极管的管压降不是恒定的，而是随着是恒定的，而是随着通过二极管电流的增通过二极管电流的增加

3、而增加，所以在模加而增加，所以在模型中用一个电池的电型中用一个电池的电压选定为二极管的门压选定为二极管的门坎电压坎电压V Vthth约为约为0.5V0.5V（硅管）。（硅管）。第3页/共41页 4.小信号小信号模型模型 3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分二极管电路的简化模型分析方法析方法在图中串联一个交流信号源在图中串联一个交流信号源 +-D当0电路处于静态工作状态静态工作点静态工作点Q（VD，ID）当当工作点将在 和 之间移动。二极管电压和电流变化为 和第4页/共41页即即根据根据得得Q点处的微变点处的微变电导电导则则常温下常温下（T=300K）由上看出，在交流小信号的作用小，工

4、作电沿由上看出，在交流小信号的作用小，工作电沿V-I特性曲线，特性曲线，在静态工作点在静态工作点Q附近小范围被变化，此时可把二极管附近小范围被变化，此时可把二极管V-I 特性特性近似为以近似为以Q点为切点的一条直线，斜率的倒数就是小信号模点为切点的一条直线，斜率的倒数就是小信号模型的微变电阻，如图。型的微变电阻，如图。第5页/共41页二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0=0，正向压降，正向压降=0 =0 二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流（二极管半波整流（

5、利用利用二极管的单项导电性二极管的单项导电性 ）二极管的应用是主要利用它的单向导电二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。性，主要应用于整流、限幅、保护等等。2.应用举例应用举例第6页/共41页 例例1：二极管基本点路如图所示，已知二极管基本点路如图所示，已知Vs为正弦波。利用二极管理想模型，绘出为正弦波。利用二极管理想模型，绘出Vo的波形。的波形。RLvsvOvivott二极管半波整流二极管半波整流 1 1）整流电路整流电路解：由于解：由于Vs的值有正有负，当的值有正有负，当Vs为正半周时，二极管正为正半周时，二极管正向偏置，此时二极管导通，向偏置，此时二极管导

6、通，Vo=Vs.当当Vs为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管截止，为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管截止，Vo=0。该电路称为半波整流电路。该电路称为半波整流电路。第7页/共41页正弦波信号原来是双方向的，现在经过二正弦波信号原来是双方向的，现在经过二极管这个电路输出变成单方向的，而且这极管这个电路输出变成单方向的，而且这个电方向取的是输入一半的波形，所以叫个电方向取的是输入一半的波形，所以叫做做半波整流电路半波整流电路 uiuott 这个电路有什么用处？这是后面要介绍的这个电路有什么用处？这是后面要介绍的直流稳压电源里面的一部分电路，我们知道直直流稳压电源里面的一部分电路，我们知道直流

7、电源输入都是流电源输入都是220V220V，要变成直流第一步就要，要变成直流第一步就要把双方向的变成单方向的，这就是整流的过程。把双方向的变成单方向的，这就是整流的过程。第8页/共41页 2.二极管的静态工作情二极管的静态工作情况分析况分析理想模型理想模型（R=10k）（1）VDD=10V 时时恒压模型恒压模型（硅二极管典型（硅二极管典型值）值）折线模型折线模型（硅二极管典型（硅二极管典型值）值）设设第9页/共41页 3.3.限幅电路限幅电路 当当输输入入信信号号电电压压在在一一定定范范围围内内变变化化时时,输输出出电电压压随随输输入入电电压压相相应应变变化化；而而当当输输入入电电压压超超出出

8、该该范范围围时时,输输出出电电压压保保持持不不变变,这这就就是限幅电路。是限幅电路。通通常常将将输输出出电电压压u uo o开开始始不不变变的的电电压压值值称称为为限限幅幅电电平平,当当输输入入电电压压高高于于限限幅幅电电平平时时,输输出出电电压压保保持持不不变变的的限限幅幅称称为为上上限限幅幅；当当输输入入电电压压低低于于限限幅幅电电平平时时,输输出出电电压压保保持持不不变变的的限幅称为限幅称为下限幅下限幅。第10页/共41页并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 限幅电路如图所示。改变值就可改变限幅电平。限幅电路如图所示。改变值就可改变限幅电平。第11页/共41页V,限幅电平为V。u时二

9、极管导通,uoV.并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系第12页/共41页uiV,二极管截止,uou。并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系第13页/共41页设Um(输入峰值电压）,则限幅电平为。当u,二极管截止,uou；并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系第14页/共41页当u,二极管导通,uo。波形图如图()所示。并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系

10、第15页/共41页 设-m,如果u,二极管导通,uo。则限幅电平为-E.并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系第16页/共41页设-m,如果u,二极管截止,uou；波形图如图()所示。并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 二极管并联上限幅电路波形二极管并联上限幅电路波形关系关系第17页/共41页并联下限幅电路 V,限幅电平为V。uV,二极管截止,uou。波形如图所示。uiuott第18页/共41页并联下限幅电路 如果Um,则限幅电平为。u,二极管截止,uou；波形图如图()所示。uiuott第19页/共41页并联下限幅电路 如果m

11、则限幅电平为-E,波形图如图所示。uiuott第20页/共41页串联限幅电路 V,限幅电平为VR。uiVR时二极管导通,uoui;uiVR时二极管截止,uoVR,波形如图所示。uiuottVR第21页/共41页 串联限幅电路 V,限幅电平为VR。uiVR时二极管截止,uoui;uiVR时二极管导通,uoVR,波形如图所示。uiuottVR第22页/共41页双向限幅电路 第23页/共41页在电子电路中，常用限幅电路对各种信号在电子电路中，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进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围中，有选择地传输一部分。范围中，有选择地传输一部分。-+-+

12、R(a)限幅电路例例:一限幅电路如图所一限幅电路如图所示，二极管为硅二极示，二极管为硅二极管，管，分别用理想模型和恒压分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问：降模型求解以下两问：（1）求相应的输出电压求相应的输出电压 的值的值（2）绘出相应的输出电压绘出相应的输出电压 的波形的波形第24页/共41页-+-+R(b)理想模型电路-+-+R(c)恒压降模型电路（1 1）理想模型电路如图）理想模型电路如图(b)(b)所示所示二极管截止二极管截止二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通恒压降模型电路如图恒压降模型电路如图(c)(c)所示所示二极管截止二极管截止二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通第

13、25页/共41页0303.7（2 2）由于所加输入）由于所加输入电压为振幅等于电压为振幅等于6V6V的的正弦电压，正半周有正弦电压，正半周有一段幅值大于一段幅值大于V VREF REF.对于理想模型，波形如图(a)对于恒压模型，第26页/共41页 4.开关电路开关电路 在开关电路中，利用二极管的在开关电路中，利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中得到广泛的应用。在数字电路中得到广泛的应用。在分析这种电路时，应当掌握在分析这种电路时，应当掌握一条基本原则，即一条基本原则，即判断判断电路中的二电路中的二极管处于极管处于导通导通状态还是状态还是截止截止状

14、态。状态。第27页/共41页5V例：二极管电路如图所示。利用二极管理想模型求解：例：二极管电路如图所示。利用二极管理想模型求解：求求 的值不同组的值不同组合情况下，输出电压合情况下，输出电压 的的值。值。5V解：解：当当D D1 1为正向偏置为正向偏置D D2 2的阴极电位为的阴极电位为5V5V，阳极为，阳极为0V0V，处于反相偏置，故，处于反相偏置，故D D2 2截截止。止。第28页/共41页 5.5.低电压稳压电低电压稳压电路路利用二极管的正向压降特性，可以获得较好利用二极管的正向压降特性，可以获得较好的稳压性能。的稳压性能。设低电压稳压电路如图。设低电压稳压电路如图。合理选取电路参数，对

15、于合理选取电路参数，对于硅二极管，可以获得输出硅二极管，可以获得输出电压近似等于电压近似等于0.7V，若采，若采用几只二极管串联，则可用几只二极管串联，则可获得获得1V以上的输出电压。以上的输出电压。第29页/共41页由于某种原因，入电由于某种原因，入电网电压波动引起直流网电压波动引起直流电源电压电源电压VI产生波动，产生波动，这个波动分量用这个波动分量用VI表表示，波形是任意的，示，波形是任意的，它与它与VI串联共同作用串联共同作用于于R（限流电阻）和（限流电阻）和二极管二极管D相串联的支相串联的支路如图。路如图。电路中电路中VI、R和二极和二极管管D共同确定电路的共同确定电路的静态工作点。

16、当波动静态工作点。当波动电压增量电压增量VI出现之后，出现之后，电路中的电流和二极电路中的电流和二极管电压亦产生相应的管电压亦产生相应的增量，增量，0VI引起的引起的 的波动很小的波动很小输出电压可以保持基本稳定。输出电压可以保持基本稳定。V-I特性曲线越陡，微变电阻特性曲线越陡，微变电阻rd越越小，稳定性也越好。小，稳定性也越好。第30页/共41页 6.6.小信号工作情况分析小信号工作情况分析 在利用小信号模型分析二极管电路时，在利用小信号模型分析二极管电路时，要特别注意微变电阻要特别注意微变电阻rdrd与静态工作点与静态工作点Q Q有关。有关。一般首先分析电路的静态工作情况，求一般首先分析

17、电路的静态工作情况，求得静态工作点得静态工作点Q Q；其次，根据其次，根据Q Q点算出微变电阻点算出微变电阻rdrd；再次，根据小信号模型交流电路模型，再次，根据小信号模型交流电路模型，求出小信号作用小电路的交流电压、电流；求出小信号作用小电路的交流电压、电流；最后与静态值叠加，得到完整的结果。最后与静态值叠加，得到完整的结果。第31页/共41页例例3.4.6 3.4.6 在图（在图（a)a)所示的所示的二极管电路中，二极管电路中，恒压降模型的恒压降模型的（1）求输出电压）求输出电压 的交流量和总量；的交流量和总量；（2）绘出）绘出 的波形。的波形。解解：（：（1 1）根据叠加原理，）根据叠加

18、原理，可以将两个电压源可以将两个电压源 的作用分开考虑，得到相应的作用分开考虑，得到相应的电路模型图（的电路模型图（b)b)和图和图(c)(c)。图图(c)(c)中只有交流分量，中只有交流分量，称为交流通路，它反映了称为交流通路，它反映了电路的动态工作情况。电路的动态工作情况。图（图（b)b)只有直流分量，称为只有直流分量，称为直流通路。它反映了电路的直流通路。它反映了电路的静态工作情况；静态工作情况；第32页/共41页（b)由图由图(b)可知，二极管可知，二极管是导通的，所以电路是导通的，所以电路的静态工作点为的静态工作点为输出电压的直流分量为输出电压的直流分量为或或微变电阻微变电阻第33页/共41页04.30.0994根据图（根据图（c)c)得输出电压得交流分量得输出电压得交流分量输出电压的总量为输出电压的总量为（2 2）绘出输出电压的波形，输出的交流叠加在直流量上。）绘出输出电压的波形，输出的交流叠加在直流量上。第34页/共41页