模电第2讲1.2

uO=uI = 6sinwt V
2、二极管限幅电路
二极管限幅电路如图所示。若ui = 5sin(V)，试画出uo 的波形（设D为理想二极管）。
ui(V) 5
t 0 -2 -5 uo(V)
t 0 -2 -5
3、二极管开关电路
求uI1和uI2不同值组合时的u0值（二极管为理想模型）。
4.7K uI1
iD
us
uD
us
ud
uO uD
uO UO uo 4.3 0.0994 sinwt (V )
uO/V
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。
特别注意：
小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。
采用二极管小信号模型进行电路分析的步骤： 利用恒压降模型，画出直流通路，确定
增大1倍/10℃
§1.2.3 二极管的等效电路
1. 由伏安特性折线化得到的等效电路
（1）理想模型
uD
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
（b）代表符号
uD （a）U-I 特性
适用场合：电源电压远远大于二极管导通压降。 特点：误差最大。
§1.2.3 二极管的等效电路
1. 由伏安特性折线化得到的等效电路 （2）恒压降模型
静态工作点Q； 利用Q点，计算二极管的微变等效电阻rd。 画出小信号模型的交流通路，求解交流输出。 将动态值与静态值叠加，得到完整的输出结果。
符号规定
UA 大写字母、大写下标，表示直流量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。 uA 小写字母、大写下标，表示全量。
Ua 大写字母，小写下标，表示有效值
二极管按结构分
点接触型 面接触型
PN 结面故最积结高可允工大许作可的频小电率，流高小大。的，工作 频率用高于最，检高大波工的和作结变频允频率许等的低高电，频流用电大路， 用于于高工频频整流大和电开流关整电流路电中路。
平面型
§1.2.2 二极管的伏安特性
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
u
i IS (eUT 1) (常 温 下UT 26mV)
的图表必须用直尺要画在作业上，需在图 上标注的要标清楚； • 做题步骤要完整； • 每周交一次作业，同一周内的作业要写在 一起上交；
注：发现作业有抄袭现象，一次平时 成绩扣2分。
uD
Uon （b）电路模型
Uon uD （a）U-I 特性
适用场合：二极管中的正向电流较大且变化范围小。
特点：误差较小，应用最普遍。
§1.2.3 二极管的等效电路
1. 由伏安特性折线化得到的等效电路 （3）折线模型
uD
Uon
（b）电路模型
Uon
uD
适用场合：信号变化范围较大的场合。 （a）U-I 特性
§1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
§1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
PN结面积小，结电容小，
• 晶体二极管的结构类型 往往P用N故于结结集面允成积许电大的路，电制结流造电小工容，艺大中，。
恒压模型 UD 0.7 V （硅二极管典型值）
ID (VDD UD ) / R 0.03 mA
折线模型 Uon 0.5 V （硅二极管典型值）
ID
VDD Uon R rD
0.049 mA
设 rD 0.2 k
UD Uon IDrD 0.51 V
模型分析法应用举例 小信号工作情况分析
时，绘出相应的输出电压uO的波形。
uI UREF
uO
uI
UD
uO
UREF
2、二极管限幅电路
Hale Waihona Puke R = 1kΩ，UREF = 3V，硅二极管。
恒压降模型求解，uI = 6sinwt V，
绘出uO的波形。
uI
UD UREF
uO
uI≥UREF+UD时： uO/V
uI
uO=UREF+UD=3.7V
uI<UREF+UD时：
uI2 D1
VCC 5V
uO
解：
uI1 uI2
二极管工作状态
D1
D2
u0
0V 0V
导通 导通 0V
0V 5V
导通 截止 0V
5V 0V 5V 5V
截止 导通 0V 截止 截止 5V
D2
利用二极管的单向导电性可作为电子开关
4、二极管电平选择电路
设D1、D2为理想二极管。① 若E2＜E＜E1。判别D1、 D2状态，uo ？② 若E1、E2均小于E，但 E1＞E2。判别D1、D2状态，uo ？
例2：电路如右图，求输出电压uO。
其中VDD = 5V，R = 5k，
恒压降模型的UD=0.7V，us = 0.1sinwt V。
iD
us
uD
uO
UD UO
§1.2.3 二极管的等效电路 2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管 等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
3. 反向电流IR IR=IS其值越小，单向导电性越好，IR与温度有关。
4. 最高工作频率fM 当工作频率超过fM时，二极管的单向导电性能变坏。
§1.2.5 稳压二极管
稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。
1. 伏安特性
-UZ
-UZO
ΔiZ
-IZmin
uO/ V
uUZ Z
iZ UZO rz
ΔuZ
-IZmax
模拟电子技术基础
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管 1.6 集成电路中的元件
§1.2 半导体二极管
§1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 §1.2.2 二极管的伏安特性 §1.2.3 二极管的等效电路 §1.2.4 二极管的主要参数 §1.2.5 稳压二极管 §1.2.6 其它类型二极管 §1.2.7 二极管的应用
i/mA
IQ Δi
Q Q越高， rd越小。
Δu
ui=0时直流电源作用
根据电流方程，rd
uD iD
UT IQ
0
UQ
静态电流
u/V
小信号作用
模型分析法应用举例 小信号工作情况分析
例2：电路如右图，求输出电压uO。
其中VDD = 5V，R = 5k，
恒压降模型的UD=0.7V，us = 0.1sinwt V。
特点：误差更小。
模型分析法应用举例 静态工作情况分析
例1：当VDD=10V 时，（R=10k）
求uD和iD。
uD
理想模型
恒压降模型
uD Uon
Uon uD
折
线
uD
模 型
模型分析法应用举例 静态工作情况分析
例1：当VDD=1V 时，（R=10k）
理想模型 UD 0 V
ID VDD / R 0.1 mA
uA
全量
ua
交流分量
UA直流分量
t
§1.2.4 二极管的主要参数
1. 最大整流电流IF （平均值） 指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。 使用时其正向平均电流 I 应小于IF。
2. 最大反向工作电压UR （瞬时值） 指二极管使用时所允许加的最大反向工作电压，通常取 U（BR）/2作为UR。使用时反向电压应小于此值。
由上述分析可以得出结论，当E1不等于E2，E1、E2均小于E 时，uo总是等于E1和E2中的较小者。故称为二极管低电平 选择电路。
小结
重点：二极管应用及其等效电路分析方法
建立非线性器件的电路模型是分析非线性电路 的首要环节。
器件的工作状态、动态范围是选择电路模型的 主要依据。
电子器件、电子电路的模型分析是电子学的基 本内容和分析思路。
远红外接收管 利用PN结光敏特性
只有在加正向电压时才发光
开启电压比普通二极管大 优点：驱动电压低，功耗小
寿命长，可靠性高
在反压下受到光照产生光电流 光电流大小与光照强度有关
应用：遥控、报警等
§1.2.7 二极管的应用 1、二极管整流电路
把交流电变为脉动直流电的过程，称为整流。 ⑴采用二极管理想模型
稳压原理
IZ Ui
1. 输入电压变化时:
稳压二极管在工作时应反 接，并串入一只电阻。
电阻起限流作用，保护稳 压管；其次是当输入电压或负 载电流变化时，通过该电阻上 电压降的变化，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。
Ui↑ （假设）Uo↑ IZ↑ IR↑ UR↑ Uo ↓
2. 当负载变化时：
RL↓
若IL不变 UO↓
IZ↓ IR↓
UR↓ UO ↑
例：
§1.2.5 稳压二极管
电路如右图所示：
UZ=6V，IZmin=5mA, IZmax=25mA, RL=600Ω， 求R的取值范围。
§1.2.6 其它类型二极管
发光二极管
光电二极管
• 定义：将电能转换成光能
属电致发光
• 定义：将光能转换成电能
分析思路：分别观察每个二极管单独存在时，二极 管两端的开路电压，可以判别该二极管导通或截止。
① D1两端开路电压EE1＜0，故D1截止；D2两端开 路电压EE2＞0，故D2导通。因此uo E2。 ② 单独考虑D1：D1两端开路电压EE1＞0，D1导通。 因此uo E1。单独考虑D2：D2两端开路电压 EE2＞0，D2导通。因此uo E2。
§1.2.5 稳压二极管
2. 稳压二极管主要参数