模拟电子课件第三章3
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D DD D
折线模型
V V I r 0.51 V
D th D D
V V I 0.049 mA Rr
DD th D D
注：⑴当VDD>>VD时，理想模型结果较理想。 ⑵当VDD较小时，折线模型结果较理想。
12
例3 电路如图所示，VD=0.7V，试分别估算开关断开和闭 合时的输出电压VO 。
管特性的等效模型。 ⑴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
4
⑵恒压降模型 管压降
⑶折线模型
Vth=0.5V
为0.7V
v V i r
D D D
th
r 200
D
（a）V-I特性 （b）电路模型
（a）V-I特性 （b）电路模型
5
⑷小信号模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0 V I D VDD / R 1 mA
恒压模型
VD 0.7 V（硅二极管典型值） I D (VDD VD ) / R 0.93 mA
折线模型
VDD Vth ID 0.931mA R rD
其中 r 0.2 k D
即VO =wk.baidu.comV。 则二极管的阳极电位为-6V，阴 极电位为-12V。
阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。 导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。
所以， VAO=-6V。
15
⑸小信号工作情况分析
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。
例5 图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型，vs = 0.1sint V。（1） 求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
（b）电路模型
特别注意：
⑴小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 ⑵该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
8
2．模型分析法应用举例 ⑴整流电路
（a）电路图
（b）vs和vO的波形
9
vi
vi
R
vR
RL
vR
t
t
vo
vo
t
10
⑵静态工作情况分析
例2 设硅二极管基本电路如图所示，已 知R=10kΩ，分别求出VDD=10V和 VDD=1V电路的ID和VD的值。 解：1. 当VDD=10V 时， 理想模型
3.4 二极管的基本电路及其分析方法
一、简单二极管电路的图解分析方法 二、二极管电路的简化模型分析方法
1
一、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。
2
例1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电 阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。
16
3.5 特殊二极管
一、齐纳二极管(稳压二极管) 二、变容二极管 三、肖特基二极管 四、光电子器件
17
一、齐纳二极管
1.符号及稳压特性
齐纳二极管又称稳压二极管，它是利用二极管反向击穿特性实现稳 压。稳压时工作在反向电击穿状态。
18
2. 稳压二极管主要参数 (1) 稳定电压VZ
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。 (2) 动态电阻rZ 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
29
3. 激光二极管
激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光 活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压， 可发射出激光。 激光二极管 的应用非常广泛， 在计算机的光盘 驱动器，激光打 印机中的打印头， 激光唱机，激光 影碟机中都有激 光二极管。 （a）物理结构 （b）符号
30
VD Vth I D rD 0.69 V
11
Vth 0.5 V（硅二极管典型值）
⑵静态工作情况分析
2.当VDD=1V 时， 理想模型
VD 0 V I V / R 0.1 mA
D DD
恒压模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0.7 V
I (V V ) / R 0.03 mA
VDD vD 解：由电路的KVL方程，可得 iD R 1 1 1 即 iD vD VDD 斜率为 ，该直线称为负载线。 R R R Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点。
3
二、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 iD I S (evD VT 1) 分段线性化，得到二极
1 1 iD vD (VDD vs ) R R
交流负载线
直流负载线
vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 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。
6
⑷小信号模型 过Q点切线可等效成一个微变电阻。 v D 即 rd i D 根据 iD I S (evD /VT 1)
vi
22
二、变容二极管
变容二极管是利用PN结的电容效应进行工作的， 它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电 容量也随着改变。
（a）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）
23
三、肖特基二极管
（a）符号
（b）正向V-I特性
24
四、光电子器件
1. 光电二极管 光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受 器件，其PN结工作在反偏状态，可以将光能转换为电 能，实现光电转换。
+
D V1=6V S V2=12V _ R VO
13
⑶限幅电路
电路如图，R = 1kΩ，VREF = 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vI = 6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。
14
⑷开关电路 例4 电路如图所示，求VAO。
解：先断开D，设O点为参考点，
20
3. 稳压电路
⑴当电源电压波动(负载不变) VI ↑→VO↑→VZ↑→ IZ↑↑
不加R可以吗？
正常稳压时，VO =VZ
VO↓←VR ↑ ← IR ↑
↓
⑵当电源电压波动(负载不变) 留作自学
21
例6 稳压二极管的应用
已知VZ＝3V
DZ
解： vo1和vo2的波形如图所示 vO1
vi
R
(a) R DZ (b) vO2
26
2. 发光二极管
符号 光电传输系统
工作条件：正向偏置 一般工作电流几十 毫安，导通电压 (1 2) V
27
发光类型：
可见光：红、黄、绿
不可见光：红外光 点阵 LED
显示类型： 普通 LED ， 七段 LED ,
28
发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工 作电压随材料的不同而不同，一般为1.7V～2.4V。普通 绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为2V；白色发 光二极管的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管的 工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工作电流一般在 2mA～25mA的范围。 发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如 仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示 等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一 个重要用途是将电信号转为光信号。
得Q点处的微变电导
diD gd dvD iD VT
Q
I S vD /VT e VT
I D VT
Q
（a）V-I特性
（b）电路模型
Q
1 VT 则 rd gd I D
常温下（T=300K）
VT 26(mV ) rd I D I D (mA )
7
⑷小信号模型
（a）V-I特性
（a）符号
（b）电路模型
（c）特性曲线
25
2. 发光二极管
发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是LED。 此类管子通常由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素 的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时， 能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管 的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主 要取决于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而 用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品， 主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领 域。
(5)稳定电压温度系数——VZ
19
3.应用稳压管应注意的问题
⑴稳压管稳压时，一定要外加反向电压，保证管子 工 作在反向击穿区。当外加的反向电压值大于或等于VZ 时，才能起到稳压作用；若外加的电压值小于VZ，稳压 二极管相当于普通的二极管使用。
⑵在稳压管稳压电路中，一定要配合限流电阻的使 用，保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。
折线模型
V V I r 0.51 V
D th D D
V V I 0.049 mA Rr
DD th D D
注：⑴当VDD>>VD时，理想模型结果较理想。 ⑵当VDD较小时，折线模型结果较理想。
12
例3 电路如图所示，VD=0.7V，试分别估算开关断开和闭 合时的输出电压VO 。
管特性的等效模型。 ⑴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
4
⑵恒压降模型 管压降
⑶折线模型
Vth=0.5V
为0.7V
v V i r
D D D
th
r 200
D
（a）V-I特性 （b）电路模型
（a）V-I特性 （b）电路模型
5
⑷小信号模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0 V I D VDD / R 1 mA
恒压模型
VD 0.7 V（硅二极管典型值） I D (VDD VD ) / R 0.93 mA
折线模型
VDD Vth ID 0.931mA R rD
其中 r 0.2 k D
即VO =wk.baidu.comV。 则二极管的阳极电位为-6V，阴 极电位为-12V。
阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。 导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。
所以， VAO=-6V。
15
⑸小信号工作情况分析
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。
例5 图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型，vs = 0.1sint V。（1） 求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
（b）电路模型
特别注意：
⑴小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 ⑵该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
8
2．模型分析法应用举例 ⑴整流电路
（a）电路图
（b）vs和vO的波形
9
vi
vi
R
vR
RL
vR
t
t
vo
vo
t
10
⑵静态工作情况分析
例2 设硅二极管基本电路如图所示，已 知R=10kΩ，分别求出VDD=10V和 VDD=1V电路的ID和VD的值。 解：1. 当VDD=10V 时， 理想模型
3.4 二极管的基本电路及其分析方法
一、简单二极管电路的图解分析方法 二、二极管电路的简化模型分析方法
1
一、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。
2
例1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电 阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。
16
3.5 特殊二极管
一、齐纳二极管(稳压二极管) 二、变容二极管 三、肖特基二极管 四、光电子器件
17
一、齐纳二极管
1.符号及稳压特性
齐纳二极管又称稳压二极管，它是利用二极管反向击穿特性实现稳 压。稳压时工作在反向电击穿状态。
18
2. 稳压二极管主要参数 (1) 稳定电压VZ
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。 (2) 动态电阻rZ 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
29
3. 激光二极管
激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光 活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压， 可发射出激光。 激光二极管 的应用非常广泛， 在计算机的光盘 驱动器，激光打 印机中的打印头， 激光唱机，激光 影碟机中都有激 光二极管。 （a）物理结构 （b）符号
30
VD Vth I D rD 0.69 V
11
Vth 0.5 V（硅二极管典型值）
⑵静态工作情况分析
2.当VDD=1V 时， 理想模型
VD 0 V I V / R 0.1 mA
D DD
恒压模型
（a）简单二极管电路 （b）习惯画法
VD 0.7 V
I (V V ) / R 0.03 mA
VDD vD 解：由电路的KVL方程，可得 iD R 1 1 1 即 iD vD VDD 斜率为 ，该直线称为负载线。 R R R Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点。
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二、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 iD I S (evD VT 1) 分段线性化，得到二极
1 1 iD vD (VDD vs ) R R
交流负载线
直流负载线
vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 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。
6
⑷小信号模型 过Q点切线可等效成一个微变电阻。 v D 即 rd i D 根据 iD I S (evD /VT 1)
vi
22
二、变容二极管
变容二极管是利用PN结的电容效应进行工作的， 它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电 容量也随着改变。
（a）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）
23
三、肖特基二极管
（a）符号
（b）正向V-I特性
24
四、光电子器件
1. 光电二极管 光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受 器件，其PN结工作在反偏状态，可以将光能转换为电 能，实现光电转换。
+
D V1=6V S V2=12V _ R VO
13
⑶限幅电路
电路如图，R = 1kΩ，VREF = 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vI = 6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。
14
⑷开关电路 例4 电路如图所示，求VAO。
解：先断开D，设O点为参考点，
20
3. 稳压电路
⑴当电源电压波动(负载不变) VI ↑→VO↑→VZ↑→ IZ↑↑
不加R可以吗？
正常稳压时，VO =VZ
VO↓←VR ↑ ← IR ↑
↓
⑵当电源电压波动(负载不变) 留作自学
21
例6 稳压二极管的应用
已知VZ＝3V
DZ
解： vo1和vo2的波形如图所示 vO1
vi
R
(a) R DZ (b) vO2
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2. 发光二极管
符号 光电传输系统
工作条件：正向偏置 一般工作电流几十 毫安，导通电压 (1 2) V
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发光类型：
可见光：红、黄、绿
不可见光：红外光 点阵 LED
显示类型： 普通 LED ， 七段 LED ,
28
发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工 作电压随材料的不同而不同，一般为1.7V～2.4V。普通 绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为2V；白色发 光二极管的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管的 工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工作电流一般在 2mA～25mA的范围。 发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如 仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示 等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一 个重要用途是将电信号转为光信号。
得Q点处的微变电导
diD gd dvD iD VT
Q
I S vD /VT e VT
I D VT
Q
（a）V-I特性
（b）电路模型
Q
1 VT 则 rd gd I D
常温下（T=300K）
VT 26(mV ) rd I D I D (mA )
7
⑷小信号模型
（a）V-I特性
（a）符号
（b）电路模型
（c）特性曲线
25
2. 发光二极管
发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是LED。 此类管子通常由镓（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素 的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时， 能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管 的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主 要取决于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而 用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品， 主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领 域。
(5)稳定电压温度系数——VZ
19
3.应用稳压管应注意的问题
⑴稳压管稳压时，一定要外加反向电压，保证管子 工 作在反向击穿区。当外加的反向电压值大于或等于VZ 时，才能起到稳压作用；若外加的电压值小于VZ，稳压 二极管相当于普通的二极管使用。
⑵在稳压管稳压电路中，一定要配合限流电阻的使 用，保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。