二极管电路分析.ppt

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,*,*,*,*,*,第,3,章 二极管及其基本电路,3.4,二极管的基本电路及其分析方法,在电子技术中，二极管电路得到广泛的应用。本节重点介绍采用简化模型，分析几种基本的二极管电路。,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，因而图解分析发则较简单，但是前提条件是已知二极管的,V_I,特性曲线。,0,二极管,V-I,特性曲线,斜率为 的负载线,+,-,D,例,:,二极管电路如图（,a,）,所示，设二极管的,V-I,特性曲线如图（b,）,所示。已知电源,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,。,静态工作点,Q(V,D,，,I,D,),解：,(a),(b),1.,二极管,V,-,I,特性的建模,1.,理想模型,3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,在,正向偏置时，其管压降为,0,，而当二极管处于反相偏置时，认为它的,电阻,为无穷大，,电流,为零。,u,D,i,D,O,理想特性,实际特性,a.,伏安特性,b.,电路符号,+,u,D,i,D,1.,二极管,V,-,I,特性的建模,2.,恒压降模型,3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,当,二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为,0.7V(,硅管）。,1.,二极管,V,-,I,特性的建模,3.,折线模型,3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,为了较真实地描述二极管,V-I,特性，在恒压降模型的基础上，做一定的修正，即认为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，所以在模型中用一个电池的电压选定为二极管的门坎电压,V,th,约为,0.5V,（,硅管）。,4.,小信号模型,3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,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,Q,（,V,D,，,I,D,）,当,工作点将在 和 之间移动。,二极管电压和电流变化为 和,即,根据,得,Q,点处的微变电导,则,常温下（,T,=300K,）,由上看出，在交流小信号的作用小，工作电沿,V-I,特性曲线，在静态工作点,Q,附近小范围被变化，此时可把二极管,V-I,特性近似为以,Q,点为切点的一条直线，斜率的倒数就是小信号模型的微变电阻，如图。,二极管：,死区电压,=0.5V,，,正向压降,0.7V(,硅二极管,),理想二极管：,死区电压,=0,，正向压降,=0,二极管的应用举例,1,：,二极管半波整流（,利用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性，主要应用于整流、限幅、保护等等。,2.,应用举例,例,1,：,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,Vo,的波形。,R,L,v,s,v,O,v,i,v,o,t,t,二极管半波整流,1,）整流电路,解：由于,Vs,的值有正有负，当,Vs,为正半周时，二极管正向偏置，此时二极管导通，,Vo=Vs.,当,Vs,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。,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，而且这个电方向取的是输入一半的波形，所以叫做,半波整流电路,u,i,u,o,t,t,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，我们知道直流电源输入都是,220V,，,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。,2.,二极管的静态工作情况分析,理想模型,（,R,=10k,）,（1）,V,DD,=10V 时,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,3.,限幅电路,当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时,输出电压保持不变,这就是限幅电路。,通常将输出电压,u,o,开始不变的电压值称为,限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为,上限幅,；当输入电压低于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为,下限幅,。,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。,V,限幅电平为,V,。,u,时二极管导通,u,o,V.,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,u,i,V,二极管截止,u,o,u,。,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,设,U,m,(,输入峰值电压）,则限幅电平为,。,当,u,二极管截止,u,o,u,；,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,当,u,二极管导通,u,o,。波形图如图,(,),所示。,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,设,-,m,如果,u,二极管导通,u,o,。,则限幅电平为,-E.,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,设,-,m,如果,u二极管截止,u,o,u,；,波形图如图,(,),所示。,并联二极管上限幅电路,二极管并联上限幅电路波形关系,并联下限幅电路,V,限幅电平为,V,。,u,V,二极管截止,u,o,u,。波形如图所示。,u,i,u,o,t,t,并联下限幅电路,如果,U,m,则限幅电平为,。,u,二极管截止,u,o,u,；波形图如图,(,),所示。,u,i,u,o,t,t,并联下限幅电路,如果,m,则限幅电平为,-E,波形图如图所示。,u,i,u,o,t,t,串联限幅电路,V,限幅电平为,V,R,。,u,i,V,R,时二极管导通,u,o,u,i,;,ui,V,R,时二极管截止,u,o,V,R,波形如图所示。,u,iu,o,t,t,V,R,串联限幅电路,V,限幅电平为,V,R,。,u,i,V,R,时二极管截止,u,o,u,i,;,ui,V,R,时二极管导通,u,o,V,R,波形如图所示。,u,i,u,o,t,t,V,R,双向限幅电路,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范围中，有选择地传输一部分。,-,+,-,+,R,(a),限幅电路,例,:,一限幅电路如图所示，二极管为硅二极管，,分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问：,（,1,）,求,相应的输出电压 的值,（,2,）,绘出相应的输出电压 的波形,-,+,-,+,R,(b),理想模型电路,-,+,-,+,R,(c),恒压降模型电路,（,1,）理想模型电路如图,(b),所示,二极管截止,二极管导通,二极管导通,恒压降模型电路如图,(c),所示,二极管截止,二极管导通,二极管导通,0,3,0,3.7,（,2,）由于所加输入电压为振幅等于,6V,的正弦电压，正半周有一段幅值大于,V,REF,.,对于理想模型，,波形如图,(a),对于恒压模型，,4.,开关电路,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，应当掌握一条基本原则，即,判断,电路中的二极管处于,导通,状态还是,截止,状态。,5V,例：二极管电路如图所示。利用二极管理想模型求解：,求 的值不同组合情况下，输出电压 的值。,5V,解：当,D,1,为正向偏置,D,2,的阴极电位为,5V,，,阳极为,0V,，,处于反相偏置，故,D,2,截止。,5.,低电压稳压电路,利用二极管的正向压降特性，可以获得较好的稳压性能。,设,低电压稳压电路如图。合理选取电路参数，对于硅二极管，可以获得输出电压近似等于,0.7V,，,若采用几只二极管串联，则可获得,1V,以上的输出电压。,由于某种原因，入电网电压波动引起直流电源电压,VI,产生波动，这个波动分量用,V,I,表示，波形是任意的，它与,V,I,串联共同作用于,R,（,限流电阻）和二极管,D,相串联的支路如图。,电路中,V,I,、,R,和二极管,D共同确定电路的静态工作点。当波动电压增量,V,I,出现之后，电路中的电流和二极管电压亦产生相应的增量，,0,V,I,引起的 的波动很小,输出电压可以保持基本稳定。,V-I,特性曲线越陡，微变电阻,r,d,越小，稳定性也越好。,6.,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，要特别注意微变电阻,rd,与静态工作点,Q,有关。,一般首先分析电路的静态工作情况，求得静态工作点,Q,；,其次，根据,Q,点算出微变电阻,rd,；,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；,最后与静态值叠加，得到完整的结果。,例,3.4.6,在图（,a),所示的二极管电路中，,恒压降模型的,（,1,）求输出电压 的交流量和总量；,（,2,）绘出 的波形。,解,：（,1,）根据叠加原理，可以将两个电压源 的作用分开考虑，得到相应的电路模型图（,b),和图,(c),。,图,(c),中只有交流分量，称为交流通路，它反映了电路的动态工作情况。,图（,b),只有直流分量，称为直流通路。它反映了电路的静态工作情况；,（b),由,图,(b),可知，二极管是导通的，所以电路的静态工作点为,输出电压的直流分量为,或,微变电阻,0,4.3,0.0994,根据图（,c),得输出电压得交流分量,输出电压的总量为,（,2,）绘出输出电压的波形，输出的交流叠加在直流量上。,