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、理想二极管特性
uD
iD 符号及等效模型 S S
正偏导通,uD = 0；反偏截止,iD = 0 U(BR) =?
二、二极管的恒压降模型
uD
iD
UD(on)
uD = UD(on) 0.7 V (Si)
0.2 V (Ge) UD(on)
三、二极管的折线近似模型
uD
iD
UD(on)?U
I
I
Ur
D
斜率 1/ rD rDU
D(on)
第 1 章 半导体二极管
UD(on)
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 。
UOVDD IO R UOVDD IO R
[解 ] VDD = 2 V
理想 IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)UO = VDD = 2 V
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
理想 IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA)
恒压降 UO = 10? 0.7 = 9.3 (V)
IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
UOVDD IO R
VDD 大，
采用理想模型
VDD 小，
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 。
解,假设二极管断开
UP = 15 V
( V) 9 12 31 3NU
UP > UN 二极管导通等效为 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)
VDD1 VDD2 UO
RLR1 k?
3 k?
IOI1
I215 V
12V
P N
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 。
UA UB UOR 3 k?
12 VVDD
V1
V2B
A
Y
输入电压 理想二极管 输出电压UA UB V1 V2
0 V 0 V 正偏导通 正偏导通 0 V
0 V 5 V 正偏导通 反偏截止 0 V
5 V 0 V 反偏截止 正偏导通 0 V
5 V 5 V 正偏导通 正偏导通 5 V
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 = 15sin?t (V) 作用下输出 uO 的波形。 (按理想模型 )
RL
V1
V2
V3
V4
ui BA uO
O t
uO/ V
15
O t
ui / V
15
ui BA uO
S1
S2
S3
S4
ui BA uO
S1
S2
S3
S4
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 。
ui 较小，宜采用恒压降模型
V1 V2ui uO
R
ui < 0.7 V
V1,V2 均截止 uO = ui
uO = 0.7 V
ui? 0.7 V
V2 导通 V１ 截止
ui <? 0.7 V
V1 导通 V2 截止 uO =? 0.7 V
思考题,
V1,V2 支路各串联恒压源,
输出波形如何？ (可 切至 EWB )
O t
uO/ V
0.7
O t
ui / V
2
0.7
第 1 章 半导体二极管小 结理想二极管,
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 。
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 。
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
VDD uD
R
uD = VDD? iDR
iD = f (uD)
1.2 V
100? i
D / mA
12
8
4
0 0.3 0.6 uD / V1.20.9
M
N
直流负载线斜率? 1/R
静态工作点也可取 UQ = 0.7 V IQ= (VDD? UQ) / R = 5 (mA)
二极管直流电阻 RD
( 14 0)k( 14.05/7.0
Q
Q
D I
UR
斜率 1/RD
iD
QIQ
UQ
第 1 章 半导体二极管
iD /
mA
uD /VO
二、交流图解法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
VDD
ui uDR
C iD
C 隔直流 通交流当 ui = 0 时 iD = IQ
UQ= 0.7 V (硅 ),0.2 V (锗 )
R
UVI QDD
Q
设 ui = sin?t
VDD
VDD/ R
QIQ
t
O
ui
UQ
iD /
mA
tO
dQD iIi
dQD uUu
id
斜率 1/rd
Qu
i
r D
D
d d
d1?
)1e( /SD D TUuIi?
T
U
U
T U
I
U
I
r
T QS
d
Q
e1
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
当 ui 幅度较小时,
二极管伏安特性在
Q点附近近似为直线第 1 章 半导体二极管三、微变等效电路分析法对于交流信号电路可等效为例 1.3.6 ui = 5sin?t (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 = (VDD?UQ) / 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 sin?t
3,总电压、电流
dQD uUu
dQD iIi
= (0.7 + 0.005 sin?t ) V
= (3.3 + 0.625 sin?t ) mA
VDD
ui uDR
C iD
ui udR
id
rd
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
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、理想二极管特性
uD
iD 符号及等效模型 S S
正偏导通,uD = 0；反偏截止,iD = 0 U(BR) =?
二、二极管的恒压降模型
uD
iD
UD(on)
uD = UD(on) 0.7 V (Si)
0.2 V (Ge) UD(on)
三、二极管的折线近似模型
uD
iD
UD(on)?U
I
I
Ur
D
斜率 1/ rD rDU
D(on)
第 1 章 半导体二极管
UD(on)
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 。
UOVDD IO R UOVDD IO R
[解 ] VDD = 2 V
理想 IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)UO = VDD = 2 V
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
理想 IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA)
恒压降 UO = 10? 0.7 = 9.3 (V)
IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
UOVDD IO R
VDD 大，
采用理想模型
VDD 小，
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 。
解,假设二极管断开
UP = 15 V
( V) 9 12 31 3NU
UP > UN 二极管导通等效为 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)
VDD1 VDD2 UO
RLR1 k?
3 k?
IOI1
I215 V
12V
P N
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 。
UA UB UOR 3 k?
12 VVDD
V1
V2B
A
Y
输入电压 理想二极管 输出电压UA UB V1 V2
0 V 0 V 正偏导通 正偏导通 0 V
0 V 5 V 正偏导通 反偏截止 0 V
5 V 0 V 反偏截止 正偏导通 0 V
5 V 5 V 正偏导通 正偏导通 5 V
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 = 15sin?t (V) 作用下输出 uO 的波形。 (按理想模型 )
RL
V1
V2
V3
V4
ui BA uO
O t
uO/ V
15
O t
ui / V
15
ui BA uO
S1
S2
S3
S4
ui BA uO
S1
S2
S3
S4
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 。
ui 较小，宜采用恒压降模型
V1 V2ui uO
R
ui < 0.7 V
V1,V2 均截止 uO = ui
uO = 0.7 V
ui? 0.7 V
V2 导通 V１ 截止
ui <? 0.7 V
V1 导通 V2 截止 uO =? 0.7 V
思考题,
V1,V2 支路各串联恒压源,
输出波形如何？ (可 切至 EWB )
O t
uO/ V
0.7
O t
ui / V
2
0.7
第 1 章 半导体二极管小 结理想二极管,
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 。
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 。
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
VDD uD
R
uD = VDD? iDR
iD = f (uD)
1.2 V
100? i
D / mA
12
8
4
0 0.3 0.6 uD / V1.20.9
M
N
直流负载线斜率? 1/R
静态工作点也可取 UQ = 0.7 V IQ= (VDD? UQ) / R = 5 (mA)
二极管直流电阻 RD
( 14 0)k( 14.05/7.0
Q
Q
D I
UR
斜率 1/RD
iD
QIQ
UQ
第 1 章 半导体二极管
iD /
mA
uD /VO
二、交流图解法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
VDD
ui uDR
C iD
C 隔直流 通交流当 ui = 0 时 iD = IQ
UQ= 0.7 V (硅 ),0.2 V (锗 )
R
UVI QDD
Q
设 ui = sin?t
VDD
VDD/ R
QIQ
t
O
ui
UQ
iD /
mA
tO
dQD iIi
dQD uUu
id
斜率 1/rd
Qu
i
r D
D
d d
d1?
)1e( /SD D TUuIi?
T
U
U
T U
I
U
I
r
T QS
d
Q
e1
rd = UT / IQ= 26 mV / IQ
当 ui 幅度较小时,
二极管伏安特性在
Q点附近近似为直线第 1 章 半导体二极管三、微变等效电路分析法对于交流信号电路可等效为例 1.3.6 ui = 5sin?t (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 = (VDD?UQ) / 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 sin?t
3,总电压、电流
dQD uUu
dQD iIi
= (0.7 + 0.005 sin?t ) V
= (3.3 + 0.625 sin?t ) mA
VDD
ui uDR
C iD
ui udR
id
rd
第 1 章 半导体二极管
