二极管电路的分析方法
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第1章
半导体二极管
1.3
二极管电路的分析方法
1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似 1.3.2 图解法和微变等效电路法
第1章
半导体二极管
1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似 一、理想二极管
理想二极管： 正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0; U(BR) =
符号及 等效模型 uD 实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向 电流远小于和它并联时，认为二极管是理想的
等效为 0.7 V 的恒压源 UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)
IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA) I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)
I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA)
R
设 ui = sin t iD I Q id
1 rd
IS UT
UQ
e
UT
IQ UT
uD U Q ud
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
第1章
半导体二极管
三、微变等效电路分析法 iD C
id
ui
R
ui
R VDD
uD
对于交流信号 电路可等效为
rd u d
例 1.3.6 ui = 5sint (mV)，VDD= 4 V，R = 1 k，求 iD 和 uD。 [解] 1. 静态分析 令 ui = 0，取 UQ 0.7 V IQ = (VDDUQ) / R = 3.3 mA 2. 动态分析 rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 8 () Idm= Udm/ rd= 5 /8 0.625 (mA)， id = 0.625 sint 3. 总电压、电流 u D U Q u d = (0.7 + 0.005 sint ) V
第1章
半导体二极管
1.3.2 图解法和微变等效电路法 一、二极管电路的直流图解分析
100
iD / mA直流负载线
1.2 V
VDD
R i D
uD
12
N
斜率 1/R 静态工作点 M
1.2 u / V D
I8 Q
4
Q
0 0.3 0.6
uD = VDD iDR
iD = f (uD) 也可取 UQ = 0.7 V
第1章
半导体二极管
小
理想二极管：
结
正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 当所加电压远大于二极管正向电压是，可看 成是理想二极管
恒压降模型：
正偏电压 UD(on) 时导通，等效为恒压源 UD(on)；
否则截止，相当于二极管支路断开。
当所加电压接近二极管正向电压时，可 看成恒压降模型
0V
5V 5V
理想二极管 输出 V1 V2 电压 正偏 正偏 0 V 导通 导通 正偏 反偏 0 V 导通 截止 反偏 正偏 0V 截止 导通 正偏 正偏 5 V 导通 导通
第1章
半导体二极管
例 1.3.4 画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui = 15sint (V) 作用下输出 uO 的波形。 (按理想模型)
特性
iD
S
S
二、二极管的折线近似
二极管特性折线模型 iD 斜率1/ rD UD(on) U I uD
rD U I
rD
UD(on)
二极管的恒压降模型 iD
UD(on)
uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
rD
UD(on)
忽略导通电压时二极管的折线模型 iD uD
R
ui 较小，宜采用恒压降模型
V2
ui
V1 ui / V 2
O
uO
t uO/ V
ui < 0.7 V V1、V2 均截止 uO = ui ui 0.7 V V2 导通 V１截止 uO = 0.7 V ui < 0.7 V V1 导通 V2 截止 uO = 0.7 V
0.7
0.7
O
思考题: V1、V2 支路各串联恒压源， t 输出波形如何？(可切至 EWB )
第1章
半导体二极管
例 1.3.3 二极管构成“门”电路，设 V1、V2 均为 理想二极管，当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和 高电压 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。
A B
V1 V2 UB
Y 3 k UO 12 V
输入电压 UA UB 0V 0V 5V 0V 5V
UA
R VDD
理想模型
恒压降模型
采用恒压降模型
第1章
半导体二极管
例1.3.2 试求电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。 I1
P 15 V N
IO I2 VDD2 R R L
解：假设二极管断开 UP = 15 V
3
VDD1
1 k UN 12 9 (V) U 1 3 3 k O 12V UP > UN 二极管导通
C
VDD/ R
斜率1/rd mA
ui
R VDD
id Q UQ VDD
uD /V O
uD
IQ
wenku.baidu.comO O
t
IQ
当 ui 1 幅度较小时， C 隔直流 通交流 d iD 二极管伏安特性在 当 u i = 0 时 iD = I Q ui rd d uD Q Q点附近近似为直线 UQ= 0.7 V (硅)，0.2 V (锗) t uD / U T iD I S (e 1) V DD U Q
UQ IQ
斜率1/RD
UQ
0.9
IQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA)
二极管直流电阻 RD
RD 0 . 7 / 5 0 . 14 ( k ) 140 (
第1章
半导体二极管
二、交流图解法 iD / iD / 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分 iD mA
i D I Q i d = (3.3 + 0.625 sint ) mA
ui V1 V3 A B RL uO V2 V4 S1 A S2 S3 B S4 S3 B S4 uO ui / V
15 O
t uO/ V
ui
15 O
t
ui
S1 A S2
uO
若有条件，可 切换到 EWB 环境观 察桥式整流波形。
第1章
半导体二极管
例 1.3.5 ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。
第1章
半导体二极管
例 1.3.1 硅二极管，R = 2 k，分别用二极管理想模型和 恒压降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 的值。
UD(on)
VDD IO R UO VDD
IO
R UO
VDD
IO
R UO
[解] VDD = 2 V 理想 UO = VDD = 2 V IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA) 恒压降 UO = VDD – UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V) IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA) VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) 理想 恒压降 UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA) VDD 大， 采用理想模型 VDD 小，
半导体二极管
1.3
二极管电路的分析方法
1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似 1.3.2 图解法和微变等效电路法
第1章
半导体二极管
1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似 一、理想二极管
理想二极管： 正偏导通，uD = 0；反偏截止， iD = 0; U(BR) =
符号及 等效模型 uD 实际电路中当二极管正向压降远小于和它串连的电压，反向 电流远小于和它并联时，认为二极管是理想的
等效为 0.7 V 的恒压源 UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)
IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA) I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)
I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA)
R
设 ui = sin t iD I Q id
1 rd
IS UT
UQ
e
UT
IQ UT
uD U Q ud
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
第1章
半导体二极管
三、微变等效电路分析法 iD C
id
ui
R
ui
R VDD
uD
对于交流信号 电路可等效为
rd u d
例 1.3.6 ui = 5sint (mV)，VDD= 4 V，R = 1 k，求 iD 和 uD。 [解] 1. 静态分析 令 ui = 0，取 UQ 0.7 V IQ = (VDDUQ) / R = 3.3 mA 2. 动态分析 rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 8 () Idm= Udm/ rd= 5 /8 0.625 (mA)， id = 0.625 sint 3. 总电压、电流 u D U Q u d = (0.7 + 0.005 sint ) V
第1章
半导体二极管
1.3.2 图解法和微变等效电路法 一、二极管电路的直流图解分析
100
iD / mA直流负载线
1.2 V
VDD
R i D
uD
12
N
斜率 1/R 静态工作点 M
1.2 u / V D
I8 Q
4
Q
0 0.3 0.6
uD = VDD iDR
iD = f (uD) 也可取 UQ = 0.7 V
第1章
半导体二极管
小
理想二极管：
结
正偏导通，电压降为零，相当于开关合上； 反偏截止，电流为零，相当于开关断开。 当所加电压远大于二极管正向电压是，可看 成是理想二极管
恒压降模型：
正偏电压 UD(on) 时导通，等效为恒压源 UD(on)；
否则截止，相当于二极管支路断开。
当所加电压接近二极管正向电压时，可 看成恒压降模型
0V
5V 5V
理想二极管 输出 V1 V2 电压 正偏 正偏 0 V 导通 导通 正偏 反偏 0 V 导通 截止 反偏 正偏 0V 截止 导通 正偏 正偏 5 V 导通 导通
第1章
半导体二极管
例 1.3.4 画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui = 15sint (V) 作用下输出 uO 的波形。 (按理想模型)
特性
iD
S
S
二、二极管的折线近似
二极管特性折线模型 iD 斜率1/ rD UD(on) U I uD
rD U I
rD
UD(on)
二极管的恒压降模型 iD
UD(on)
uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
rD
UD(on)
忽略导通电压时二极管的折线模型 iD uD
R
ui 较小，宜采用恒压降模型
V2
ui
V1 ui / V 2
O
uO
t uO/ V
ui < 0.7 V V1、V2 均截止 uO = ui ui 0.7 V V2 导通 V１截止 uO = 0.7 V ui < 0.7 V V1 导通 V2 截止 uO = 0.7 V
0.7
0.7
O
思考题: V1、V2 支路各串联恒压源， t 输出波形如何？(可切至 EWB )
第1章
半导体二极管
例 1.3.3 二极管构成“门”电路，设 V1、V2 均为 理想二极管，当输入电压 UA、UB 为低电压 0 V 和 高电压 5 V 的不同组合时，求输出电压 UO 的值。
A B
V1 V2 UB
Y 3 k UO 12 V
输入电压 UA UB 0V 0V 5V 0V 5V
UA
R VDD
理想模型
恒压降模型
采用恒压降模型
第1章
半导体二极管
例1.3.2 试求电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。 I1
P 15 V N
IO I2 VDD2 R R L
解：假设二极管断开 UP = 15 V
3
VDD1
1 k UN 12 9 (V) U 1 3 3 k O 12V UP > UN 二极管导通
C
VDD/ R
斜率1/rd mA
ui
R VDD
id Q UQ VDD
uD /V O
uD
IQ
wenku.baidu.comO O
t
IQ
当 ui 1 幅度较小时， C 隔直流 通交流 d iD 二极管伏安特性在 当 u i = 0 时 iD = I Q ui rd d uD Q Q点附近近似为直线 UQ= 0.7 V (硅)，0.2 V (锗) t uD / U T iD I S (e 1) V DD U Q
UQ IQ
斜率1/RD
UQ
0.9
IQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA)
二极管直流电阻 RD
RD 0 . 7 / 5 0 . 14 ( k ) 140 (
第1章
半导体二极管
二、交流图解法 iD / iD / 电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分 iD mA
i D I Q i d = (3.3 + 0.625 sint ) mA
ui V1 V3 A B RL uO V2 V4 S1 A S2 S3 B S4 S3 B S4 uO ui / V
15 O
t uO/ V
ui
15 O
t
ui
S1 A S2
uO
若有条件，可 切换到 EWB 环境观 察桥式整流波形。
第1章
半导体二极管
例 1.3.5 ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。
第1章
半导体二极管
例 1.3.1 硅二极管，R = 2 k，分别用二极管理想模型和 恒压降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 时 IO 和 UO 的值。
UD(on)
VDD IO R UO VDD
IO
R UO
VDD
IO
R UO
[解] VDD = 2 V 理想 UO = VDD = 2 V IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA) 恒压降 UO = VDD – UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V) IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA) VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) 理想 恒压降 UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA) VDD 大， 采用理想模型 VDD 小，