2.4 二极管基本电路及其分析方法
2.4.1 二极管 V- I 特性的建模
2.4.2 应用举例
5,应用电路分析举例
2,二极管状态判断
1,二极管电路的分析概述
3,图解分析法
4、等效电路（ 模型）分析法
讲课思路,
1,二极管电路的分析概述 应用电路举例
D
v O
?
?
?
?
R
i D
v I
+
i D
v O
R
v I
?
+
?
v O
?
+
D
V REF ?
+
R
v i
例 2.4.2（习题 2.4.12） 习题 2.4.5
整流 限幅
习题 2.4.6
初步分析 —— 依据二极管的单向导电性
D导通,vO = vI - vD
D截止,vO = 0
D导通,vO = vD
D截止,vO = vI
左图 中图
显然,vO 与 vI 的关系由 D的状态 决定
而且,D处于反向截止时最简单！
分析思路
任务：求 vD,iD
? 目的：（ 1）确定电路功能，即信号 vI传递到 vO,有何变化？
（ 2） D是否安全。
首先，判断 D的状态？
? 若 D反向截止，则相当于开路（ iD ?0,ROFF ? ∞ ）；
? 若 D正向导通，则？
正向导通分析方法,
? 图解法
? 等效电路（模型）法 —— 将非线性 ? 线性
先静态（直流），后动态（交流）
? 静态,vI =0（正弦波过 0点）
? 动态,vI ?0
1,二极管电路的分析概述
2,二极管状态判断
例 1,2CP1（硅）,IF=16mA,VBR=40V。求 VD,ID。
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
10V
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
10V
+
I D
V D
R =1k ?
V I
?
+
?
20V
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
100V
(a) (b) (c) (d)
正偏 正偏 反偏 反偏
iD > IF？
D反向 截止
ID = 0
VD = -10V
D反向击穿
iD =？
vD =？
二极管状态判断方法
假设 D截止（开路），
求 D两端开路电压
普通：热击穿－损坏
齐纳：电击穿
VD = - VBR= -40V
VD > 0V D正向导通？
- VBR < VD ? 0V D反向截止,ID = 0
VD ? - VBR D反向击穿,VD = - VBR
D正向导通？ D正向导通！
2,二极管状态判断
例 2,习题 2.4.3
D
3k
( a )
? V
?? V
A
O
电路如图所示，判断 D的状态
解,先断开 D，求二极管端电压
则接 D阳极的电位为 -6V，接阴极的电位为 -12V。
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,AO的电压值为 -6V。
以 O为基准电位，既 O点为 0V。
VD = -6V -(-10V) = 6V > 0 ? D接入时正向导通
3,图解分析法
R =10k ?
V I
?
+
10V
i D
+
v D
?
例 1 (a)图
例 3：已知伏安特性，求 VD,ID。
+
i D
v D
?
0 ?
D / V
0,2 0, 4 0, 6 0,8
1, 0
i D /m A
1, 0
0, 8
0, 4
1, 2
线性
线性,vD = VI - iD R
)1( /SD D ?? TVveIi
非线性,
非线性
联立求解，
可得 VD,ID
图解法
直线与伏安特性的交点
图解法关键 —— 画直线
R
Vv
Ri
IDD ??? 1
又称为负载线
vD = 0
iD = VI /R=1mA
vD = 1V
iD =(VI -vD)/R=0.9mA
静态工作点
Q
VD?0.7V
ID ?0.95mA
解
3,图解分析法
例 4：已知伏安特性，求 vD,iD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
?
i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
iD=ID+DiD
?D=vD+D?D
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
D i D
? D
?
+
r d
+
?
D ? I
R
VD?0.7V
ID ?0.95mA
静态分析
?i ? 0
动态分析
叠加原理
0
? D / V
0,2 0, 4 0, 6 0,8
1,0
i D / m A
1, 0
0,8
0,4
1,2
3,图解分析法
例 4：已知伏安特性，求 vD,iD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
? i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
R
Vv
Ri
IDD ??? 1负载线,
线性,vD = VI + vi - iD R
即,
R
vVv
Ri
iI
DD
???? 1
iD=ID+DiD
=0.95mA+0.1mAsin?t
vD?0.7V
4、等效电路（ 模型）分析法 （ 2.4.1 二极管 V- I 特性的建模 ）
(1) 理想模型 (3) 折线模型 (2) 恒压降模型
VD = 0.7V（硅）
VD = 0.2V（锗）
Vth = 0.5V（硅）
Vth = 0.1V（锗）
（ 4） 小信号模型
二极管工作在正向特性的某一小范围内时，
其正向特性可以等效成一个 微变电阻 。
D
D
d i
vr
D
D?即 )1( /
SD D ?? TVveIi
根据
得 Q点处的微变电导
Qdv
di
r D
D
d
1 ?
Q
Vv
T
Te
V
I /S D?
TV
ID?
常温下（ T=300K）
)mA(
)mV(26
DD
d II
Vr T ??
4、等效电路（ 模型）分析法
Q
Vv
T
Te
V
I )1( /S D ??
Q
TV
iD?
5,应用电路分析举例
(1) 二极管的静态工作情况分析
V 0D ?V mA 1/DDD ?? RVI
理想模型
（ R=10k?） （ a） VDD=10V 时
mA 93.0/)( DDDD ??? RVVI
恒压模型
V 7.0D ?V
（硅二极管典型值）
折线模型
V 5.0th ?V
（硅二极管典型值）
mA 9 3 1.0
D
thDD
D ??
??
rR
VVI
?? k 2.0Dr设
V 69.0DDthD ??? rIVV
+
?
? D
iD
V DD
+
?
? D
iD
V DD
V D
+
?
? D
iD
V DD
rD
V th
（ b） VDD=1V 时 （自看）
例 2.4.2 提示
5,应用电路分析举例
(2) 限幅电路
时V 5.3)( )( R E FthI ??? VVva
时V 5.3)( )( R E FthI ??? VVvb
? O
?
+
V R EF
? I
?
+
R
? O
?
+
V th
V R EF
? I
?
+
R
r D
? O
?
+
D
( a) ( b )
V R EF
? I
?
+
R
? O
?
+
V th
V R EF
? I
?
+
R
r D
?
O
/V
?
?
?
0 ?
? ?
?
O
/V
?
?
?
0
? ?? ? t
? t
?
??
斜率 ? ?
斜率 ? ? 0, 17
r
D
r
D
+R
V
R EF
+ V
th
= 3,5 V
?
I
/ V
( c) ( d )
5,应用电路分析举例
例 4中，求 DvD,DiD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
?
i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
D i D
? D
?
+
r d
+
?
D ? I
R
VD?0.7V
ID ?0.93mA
静态分析
?i ? 0
叠加原理
i
D v D
????? 28930 26I26IVr T )mA(,)mV()mA( )mV(
DD
d
mA1028k10rR vi i,1V
d
d ?????
??
??D
2, 8 m Vddd ???D?D rvi
(3) 小信号分析
小 结
{end}
假设 D截止（开
路），求 D两端
开路电压
VD ? 0.7V D正向导通
- VBR < VD ? 0.7V D反向截止 ID = 0 (开路 )
VD ? - VBR D反向击穿 VD = - VBR (恒压 )
VD = 0.7V (恒压降 )
将不同状态的等效电路（模型）带入
原电路中，分析 vI和 vO 的关系
状态 等效电路 条件
画出电压波形和电压
传输特性
特殊情况：求 DvD（波动） 小信号模型和叠加原理
恒压降模型
2.5 特殊二极管
2.5.1 稳压二极管（齐纳）
2.5.2 变容二极管
2.5.3 光电子器件
1,光电二极管
2,发光二极管
3,激光二极管
a ? + k
a k
a k
a
k
反向击穿状态
反向截止，利用势垒电容
反向截止，少子漂移电流
特殊材料，正向导通发光
2.5.1 稳压二极管
1,符号及稳压特性
(a)符号
(b) 伏安特性
利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳
压时工作在反向电击穿状态（齐纳击穿）。
(1) 稳定电压 VZ
(2) 动态电阻 rZ
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。
rZ =DVZ /DIZ
(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
(5)稳定电压温度系数 —— ?VZ
2,稳压二极管主要参数
2.5.1 稳压二极管
2.5.1 稳压二极管
3,稳压电路
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
正常稳压时 VO =VZ
# 稳压条件是什么？
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
# 不加 R可以吗？
# 上述电路 VI为正弦波，且幅值
大于 VZ, VO的波形是怎样的？
{end}
2.4.1 二极管 V- I 特性的建模
2.4.2 应用举例
5,应用电路分析举例
2,二极管状态判断
1,二极管电路的分析概述
3,图解分析法
4、等效电路（ 模型）分析法
讲课思路,
1,二极管电路的分析概述 应用电路举例
D
v O
?
?
?
?
R
i D
v I
+
i D
v O
R
v I
?
+
?
v O
?
+
D
V REF ?
+
R
v i
例 2.4.2（习题 2.4.12） 习题 2.4.5
整流 限幅
习题 2.4.6
初步分析 —— 依据二极管的单向导电性
D导通,vO = vI - vD
D截止,vO = 0
D导通,vO = vD
D截止,vO = vI
左图 中图
显然,vO 与 vI 的关系由 D的状态 决定
而且,D处于反向截止时最简单！
分析思路
任务：求 vD,iD
? 目的：（ 1）确定电路功能，即信号 vI传递到 vO,有何变化？
（ 2） D是否安全。
首先，判断 D的状态？
? 若 D反向截止，则相当于开路（ iD ?0,ROFF ? ∞ ）；
? 若 D正向导通，则？
正向导通分析方法,
? 图解法
? 等效电路（模型）法 —— 将非线性 ? 线性
先静态（直流），后动态（交流）
? 静态,vI =0（正弦波过 0点）
? 动态,vI ?0
1,二极管电路的分析概述
2,二极管状态判断
例 1,2CP1（硅）,IF=16mA,VBR=40V。求 VD,ID。
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
10V
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
10V
+
I D
V D
R =1k ?
V I
?
+
?
20V
+
I D
V D
R =10 k ?
V I
?
+
?
100V
(a) (b) (c) (d)
正偏 正偏 反偏 反偏
iD > IF？
D反向 截止
ID = 0
VD = -10V
D反向击穿
iD =？
vD =？
二极管状态判断方法
假设 D截止（开路），
求 D两端开路电压
普通：热击穿－损坏
齐纳：电击穿
VD = - VBR= -40V
VD > 0V D正向导通？
- VBR < VD ? 0V D反向截止,ID = 0
VD ? - VBR D反向击穿,VD = - VBR
D正向导通？ D正向导通！
2,二极管状态判断
例 2,习题 2.4.3
D
3k
( a )
? V
?? V
A
O
电路如图所示，判断 D的状态
解,先断开 D，求二极管端电压
则接 D阳极的电位为 -6V，接阴极的电位为 -12V。
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,AO的电压值为 -6V。
以 O为基准电位，既 O点为 0V。
VD = -6V -(-10V) = 6V > 0 ? D接入时正向导通
3,图解分析法
R =10k ?
V I
?
+
10V
i D
+
v D
?
例 1 (a)图
例 3：已知伏安特性，求 VD,ID。
+
i D
v D
?
0 ?
D / V
0,2 0, 4 0, 6 0,8
1, 0
i D /m A
1, 0
0, 8
0, 4
1, 2
线性
线性,vD = VI - iD R
)1( /SD D ?? TVveIi
非线性,
非线性
联立求解，
可得 VD,ID
图解法
直线与伏安特性的交点
图解法关键 —— 画直线
R
Vv
Ri
IDD ??? 1
又称为负载线
vD = 0
iD = VI /R=1mA
vD = 1V
iD =(VI -vD)/R=0.9mA
静态工作点
Q
VD?0.7V
ID ?0.95mA
解
3,图解分析法
例 4：已知伏安特性，求 vD,iD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
?
i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
iD=ID+DiD
?D=vD+D?D
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
D i D
? D
?
+
r d
+
?
D ? I
R
VD?0.7V
ID ?0.95mA
静态分析
?i ? 0
动态分析
叠加原理
0
? D / V
0,2 0, 4 0, 6 0,8
1,0
i D / m A
1, 0
0,8
0,4
1,2
3,图解分析法
例 4：已知伏安特性，求 vD,iD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
? i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
R
Vv
Ri
IDD ??? 1负载线,
线性,vD = VI + vi - iD R
即,
R
vVv
Ri
iI
DD
???? 1
iD=ID+DiD
=0.95mA+0.1mAsin?t
vD?0.7V
4、等效电路（ 模型）分析法 （ 2.4.1 二极管 V- I 特性的建模 ）
(1) 理想模型 (3) 折线模型 (2) 恒压降模型
VD = 0.7V（硅）
VD = 0.2V（锗）
Vth = 0.5V（硅）
Vth = 0.1V（锗）
（ 4） 小信号模型
二极管工作在正向特性的某一小范围内时，
其正向特性可以等效成一个 微变电阻 。
D
D
d i
vr
D
D?即 )1( /
SD D ?? TVveIi
根据
得 Q点处的微变电导
Qdv
di
r D
D
d
1 ?
Q
Vv
T
Te
V
I /S D?
TV
ID?
常温下（ T=300K）
)mA(
)mV(26
DD
d II
Vr T ??
4、等效电路（ 模型）分析法
Q
Vv
T
Te
V
I )1( /S D ??
Q
TV
iD?
5,应用电路分析举例
(1) 二极管的静态工作情况分析
V 0D ?V mA 1/DDD ?? RVI
理想模型
（ R=10k?） （ a） VDD=10V 时
mA 93.0/)( DDDD ??? RVVI
恒压模型
V 7.0D ?V
（硅二极管典型值）
折线模型
V 5.0th ?V
（硅二极管典型值）
mA 9 3 1.0
D
thDD
D ??
??
rR
VVI
?? k 2.0Dr设
V 69.0DDthD ??? rIVV
+
?
? D
iD
V DD
+
?
? D
iD
V DD
V D
+
?
? D
iD
V DD
rD
V th
（ b） VDD=1V 时 （自看）
例 2.4.2 提示
5,应用电路分析举例
(2) 限幅电路
时V 5.3)( )( R E FthI ??? VVva
时V 5.3)( )( R E FthI ??? VVvb
? O
?
+
V R EF
? I
?
+
R
? O
?
+
V th
V R EF
? I
?
+
R
r D
? O
?
+
D
( a) ( b )
V R EF
? I
?
+
R
? O
?
+
V th
V R EF
? I
?
+
R
r D
?
O
/V
?
?
?
0 ?
? ?
?
O
/V
?
?
?
0
? ?? ? t
? t
?
??
斜率 ? ?
斜率 ? ? 0, 17
r
D
r
D
+R
V
R EF
+ V
th
= 3,5 V
?
I
/ V
( c) ( d )
5,应用电路分析举例
例 4中，求 DvD,DiD。
R =10k ?
V I
?
+
10V
I D
+
V D
?
i D
? D
?
+
D
+
?
V I
R =1 0 k ?
v i
vi = 1Vsin?t VI = 10V,
D i D
? D
?
+
r d
+
?
D ? I
R
VD?0.7V
ID ?0.93mA
静态分析
?i ? 0
叠加原理
i
D v D
????? 28930 26I26IVr T )mA(,)mV()mA( )mV(
DD
d
mA1028k10rR vi i,1V
d
d ?????
??
??D
2, 8 m Vddd ???D?D rvi
(3) 小信号分析
小 结
{end}
假设 D截止（开
路），求 D两端
开路电压
VD ? 0.7V D正向导通
- VBR < VD ? 0.7V D反向截止 ID = 0 (开路 )
VD ? - VBR D反向击穿 VD = - VBR (恒压 )
VD = 0.7V (恒压降 )
将不同状态的等效电路（模型）带入
原电路中，分析 vI和 vO 的关系
状态 等效电路 条件
画出电压波形和电压
传输特性
特殊情况：求 DvD（波动） 小信号模型和叠加原理
恒压降模型
2.5 特殊二极管
2.5.1 稳压二极管（齐纳）
2.5.2 变容二极管
2.5.3 光电子器件
1,光电二极管
2,发光二极管
3,激光二极管
a ? + k
a k
a k
a
k
反向击穿状态
反向截止，利用势垒电容
反向截止，少子漂移电流
特殊材料，正向导通发光
2.5.1 稳压二极管
1,符号及稳压特性
(a)符号
(b) 伏安特性
利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳
压时工作在反向电击穿状态（齐纳击穿）。
(1) 稳定电压 VZ
(2) 动态电阻 rZ
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。
rZ =DVZ /DIZ
(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
(5)稳定电压温度系数 —— ?VZ
2,稳压二极管主要参数
2.5.1 稳压二极管
2.5.1 稳压二极管
3,稳压电路
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
正常稳压时 VO =VZ
# 稳压条件是什么？
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
# 不加 R可以吗？
# 上述电路 VI为正弦波，且幅值
大于 VZ, VO的波形是怎样的？
{end}
