1、13.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法一、簡單二極管電路的圖解分析方法一、簡單二極管電路的圖解分析方法 二、二極管電路的簡化模型分析方法二、二極管電路的簡化模型分析方法2一、簡單二極管電路的圖解分析方法一、簡單二極管電路的圖解分析方法 二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的V -I 特性曲線。特性曲線。3例例1 電路如圖所示，已知二極管的電路如圖所

2、示，已知二極管的V-I特性曲線、電源特性曲線、電源VDD和電和電阻阻R，求二極管兩端電壓，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流和流過二極管的電流iD 。 Q的坐標(biāo)值（的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)工作點(diǎn)。解：由電路的解：由電路的KVL方程，可得方程，可得 RViDDDDv DDDD11VRRi v即即 斜率為斜率為 ，該直線稱為，該直線稱為負(fù)載線負(fù)載線。 R14二、二極管電路的簡化模型分析方法二、二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管二極管V-I 特性的建模特性的建模 將指數(shù)模型將指數(shù)模型 分段線性化，得到二極分段線性化，得到二極管特性的等效模型

3、。管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv理想模型理想模型 （a）V-I特性特性 （b）代表符號）代表符號 （c）正向偏置時的電路模型）正向偏置時的電路模型 （d）反向偏置時的電路模型）反向偏置時的電路模型5恒壓降模型恒壓降模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 折線模型折線模型（a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型 管壓降管壓降為為0.7VVth=0.5VDthDDriVv 200Dr6小信號模型小信號模型vs =0 時時, Q點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn) ，反映直流時的工作狀態(tài)。，反映直流時的工作狀態(tài)。)(11sDDDDvv VRRivs =Vmsin t 時

4、（時（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）電路模型）電路模型小信號模型小信號模型92模型分析法應(yīng)用舉例模型分析法應(yīng)用舉例整流電路整流電路（a）電路圖）電路圖 （b）vs和和vO的波形的波形10tttvivRvoRRLvivRvo11靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）（a）簡單二極管電路）簡單二極管電路 （b）習(xí)慣畫法）習(xí)慣畫法 例例2 設(shè)硅二極管基本電路如圖所示，已設(shè)硅二極管基本電路如圖所示，已知知R=10k，分別求出，分別求

5、出VDD=10V和和VDD=1V電路的電路的ID和和VD的值。的值。 當(dāng)當(dāng)VDD=10V 時，時，解：解：1.折線模型折線模型mA 931. 0DthDDD rRVVIV 69. 0DDthD rIVVV 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值） k 2 . 0Dr其中其中12靜態(tài)工作情況分析靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1 . 0/DDDRVI理想模型理想模型 2.當(dāng)當(dāng)VDD=1V 時，時，mA 03. 0/ )(DDDDRVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V折線模型折線模型mA 049. 0DthDDDrRVVIV 51. 0DDthDrIVV（a）簡單二極管電路）

6、簡單二極管電路 （b）習(xí)慣畫法）習(xí)慣畫法 注：注：當(dāng)當(dāng)VDDVD時，理想模型結(jié)果較理想。時，理想模型結(jié)果較理想。 當(dāng)當(dāng)VDD較小時，折線模型結(jié)果較理想。較小時，折線模型結(jié)果較理想。 13V1=6VV2=12VDSRVO +_例例3 電路如圖所示，電路如圖所示，VD=0.7V，試分別估算開關(guān)斷開和閉，試分別估算開關(guān)斷開和閉合時的輸出電壓合時的輸出電壓VO 。14限幅電路限幅電路 電路如圖，電路如圖，R = 1k，VREF = 3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當(dāng)和恒壓降模型求解，當(dāng)vI = 6sin t V時，繪出相應(yīng)的輸出電壓時，繪出相應(yīng)

7、的輸出電壓vO的波形。的波形。 15開關(guān)電路開關(guān)電路例例4 電路如圖所示，求電路如圖所示，求VAO。解：解： 先斷開先斷開D，設(shè)，設(shè)O點(diǎn)為參考點(diǎn)，點(diǎn)為參考點(diǎn)，即即VO =0V。 則二極管的陽極電位為則二極管的陽極電位為- -6V，陰，陰極電位為極電位為- -12V。陽極電位高于陰極電位，陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)?。接入時正向?qū)?。?dǎo)通后，導(dǎo)通后，D的壓降等于零，即的壓降等于零，即A點(diǎn)的電位就是點(diǎn)的電位就是D陽極的電位。陽極的電位。所以，所以， VAO=- -6V。16小信號工作情況分析小信號工作情況分析例例5 圖示電路中，圖示電路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒壓降模型，恒

8、壓降模型，vs = 0.1sin t V。（。（1）求輸出電壓求輸出電壓vO的交流量和總量；（的交流量和總量；（2）繪出）繪出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等直流通路、交流通路、靜態(tài)、動態(tài)等概念，在放大電路的分析中非常重要。概念，在放大電路的分析中非常重要。173.5 特殊二極管特殊二極管 一、齊納二極管一、齊納二極管( (穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管) )二、變?nèi)荻O管二、變?nèi)荻O管三、三、肖特基二極管肖特基二極管四、光電子器件四、光電子器件18一、齊納一、齊納二極管二極管1.符號及穩(wěn)壓特性符號及穩(wěn)壓特性 齊納齊納二極管二極管又稱又稱穩(wěn)壓二極管，它是利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)

9、穩(wěn)壓二極管，它是利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。壓。穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。19(1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZ(2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作下，所對應(yīng)的反向工作電壓。電壓。rZ = VZ / IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) VZ2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)203.應(yīng)用穩(wěn)壓管應(yīng)注意的問題應(yīng)用穩(wěn)壓管應(yīng)注意的問題 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時，一定要

10、外加反向電壓，保證管子工穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時，一定要外加反向電壓，保證管子工 作在反向擊穿區(qū)。當(dāng)外加的反向電壓值大于或等于作在反向擊穿區(qū)。當(dāng)外加的反向電壓值大于或等于VZ時，時，才能起到穩(wěn)壓作用；若外加的電壓值小于才能起到穩(wěn)壓作用；若外加的電壓值小于VZ，穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管相當(dāng)于普通的二極管使用。相當(dāng)于普通的二極管使用。 在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流電阻的使用，在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流電阻的使用，保證穩(wěn)壓管中流過的電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)。保證穩(wěn)壓管中流過的電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)。 213. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時，正常穩(wěn)壓時，VO =VZ不加不加R可以嗎？可以嗎？VI VOVZ I

11、ZVOVR IR 22例例6 穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用解：解： vo1和和vo2的波形如圖所示的波形如圖所示 已知已知VZ3VvivO1DZR(a)(b)vivO2RDZ23二、變?nèi)荻?、變?nèi)荻O管二極管（a）符號）符號 （b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度） 24三、肖特基二極管三、肖特基二極管（a）符號）符號 （b）正向）正向V-I特性特性25四、光電子器件四、光電子器件1. 光電二極管光電二極管 光電二極管又稱為光敏二極管，它是一種光接受光電二極管又稱為光敏二極管，它是一種光接受器件，其器件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)，可以將光能轉(zhuǎn)換為電結(jié)工

12、作在反偏狀態(tài)，可以將光能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。（a）符號）符號 （b）電路模型）電路模型 （c）特性曲線）特性曲線 26 發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，英文縮寫是發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，英文縮寫是LED。此類管子通常由鎵（此類管子通常由鎵（Ga）、砷（）、砷（As）、磷（）、磷（P）等元素）等元素的化合物制成，管子正向?qū)?，?dāng)導(dǎo)通電流足夠大時，的化合物制成，管子正向?qū)?，?dāng)導(dǎo)通電流足夠大時，能把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，發(fā)出光來。目前發(fā)光二極管能把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，發(fā)出光來。目前發(fā)光二極管的顏色有紅、黃、橙、綠、白和藍(lán)的顏色有紅、黃、橙、綠、白和藍(lán)6種，所發(fā)光的顏色主種，所

13、發(fā)光的顏色主要取決于制作管子的材料，例如用砷化鎵發(fā)出紅光，而要取決于制作管子的材料，例如用砷化鎵發(fā)出紅光，而用磷化鎵則發(fā)出綠光。其中白色發(fā)光二極管是新型產(chǎn)品，用磷化鎵則發(fā)出綠光。其中白色發(fā)光二極管是新型產(chǎn)品，主要應(yīng)用在手機(jī)背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)主要應(yīng)用在手機(jī)背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)域。域。2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管272. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管符號符號光電傳輸系統(tǒng)光電傳輸系統(tǒng) 工作條件：正向偏置工作條件：正向偏置一般工作電流幾十一般工作電流幾十 毫安，導(dǎo)通電壓毫安，導(dǎo)通電壓 (1 2) V28顯示類型：顯示類型： 普通普通 LED LED ，點(diǎn)陣點(diǎn)陣 LED七段七段 LE

14、D ,發(fā)光類型：發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠可見光：紅、黃、綠不可見光：紅外光不可見光：紅外光29 發(fā)光二極管工作時導(dǎo)通電壓比普通二極管大，其工發(fā)光二極管工作時導(dǎo)通電壓比普通二極管大，其工作電壓隨材料的不同而不同，一般為作電壓隨材料的不同而不同，一般為1.7V2.4V。普通。普通綠、黃、紅、橙色發(fā)光二極管工作電壓約為綠、黃、紅、橙色發(fā)光二極管工作電壓約為2V；白色發(fā)；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于光二極管的工作電壓通常高于2.4V；藍(lán)色發(fā)光二極管的；藍(lán)色發(fā)光二極管的工作電壓一般高于工作電壓一般高于3.3V。發(fā)光二極管的工作電流一般在。發(fā)光二極管的工作電流一般在2mA25mA的范圍。的范圍。 發(fā)光二極管應(yīng)用非常廣泛，常用作各種電子設(shè)備如發(fā)光二極管應(yīng)用非常廣泛，常用作各種電子設(shè)備如儀器儀表、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等的電源指示燈和信號指示儀器儀表、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等的電源指示燈和信號指示等，還可以做成七段數(shù)碼顯示器等。發(fā)光二極管的另一等，還可以做成七段數(shù)碼顯示器等。發(fā)光二極管的另一個重要用途是將電信號轉(zhuǎn)為光信號。個重要用途是將電信號轉(zhuǎn)為光信號。303. 激光二極管激光二極管（a）物理結(jié)構(gòu)）物理