3.4 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法一、简单二极管电路的图解分析方法一、简单二极管电路的图解分析方法 二、二极管电路的简化模型分析方法二、二极管电路的简化模型分析方法1一、简单二极管电路的图解分析方法一、简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V -I 特性曲线。特性曲线。2例例1 电路如图所示，已知二极管的电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源特性曲线、电源VDD和电和电阻阻R，求二极管两端电压，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流和流过二极管的电流iD 。 Q的坐标值（的坐标值（VD，ID）即为所求。）即为所求。Q点称为电路的点称为电路的工作点工作点。解：由电路的解：由电路的KVL方程，可得方程，可得 即即 斜率为斜率为 ，该直线称为，该直线称为负载线负载线。 3二、二极管电路的简化模型分析方法二、二极管电路的简化模型分析方法1.二极管二极管V-I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极管特性的等效模型。管特性的等效模型。理想模型理想模型 （a）V-I特性特性 （b）代表符号）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型4恒压降模型恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 折线模型折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 管压降管压降为为0.7VVth=0.5V5小信号模型小信号模型vs =0 时时, Q点称为静态工作点点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。vs =Vmsin t 时（时（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型小信号模型小信号模型82模型分析法应用举例模型分析法应用举例整流电路整流电路（a）电路图）电路图 （b）vs和和vO的波形的波形9tttvivRvoRRLvivRvo10静态工作情况分析静态工作情况分析理想模型理想模型恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 例例2 设硅二极管基本电路如图所示，已设硅二极管基本电路如图所示，已知知R=10k，分别求出，分别求出VDD=10V和和VDD=1V电路的电路的ID和和VD的值。的值。 当当VDD=10V 时，时，解：解：1.折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）其中其中11静态工作情况分析静态工作情况分析理想模型理想模型 2.当当VDD=1V 时，时，恒压模型恒压模型折线模型折线模型（a）简单二极管电路）简单二极管电路 （b）习惯画法）习惯画法 注：注：当当VDDVD时，理想模型结果较理想。时，理想模型结果较理想。 当当VDD较小时，折线模型结果较理想。较小时，折线模型结果较理想。 12V1=6VV2=12VDSRVO +_例例3 电路如图所示，电路如图所示，VD=0.7V，试分别估算开关断开和闭，试分别估算开关断开和闭合时的输出电压合时的输出电压VO 。13限幅电路限幅电路 电路如图，电路如图，R = 1k，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当和恒压降模型求解，当vI = 6sin t V时，绘出相应的输出电压时，绘出相应的输出电压vO的波形。的波形。 14开关电路开关电路例例4 电路如图所示，求电路如图所示，求VAO。解：解： 先断开先断开D，设，设O点为参考点，点为参考点，即即VO =0V。 则二极管的阳极电位为则二极管的阳极电位为- -6V，阴，阴极电位为极电位为- -12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以， VAO=- -6V。15小信号工作情况分析小信号工作情况分析例例5 图示电路中，图示电路中，VDD = 5V，R = 5k ，恒压降模型，恒压降模型，vs = 0.1sin t V。（1）求输出电压）求输出电压vO的交流量和总量；（的交流量和总量；（2）绘出）绘出vO的波形。的波形。 直流通路、交流通路、静态、动态等直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要。概念，在放大电路的分析中非常重要。163.5 特殊二极管特殊二极管 一、齐纳二极管一、齐纳二极管( (稳压二极管稳压二极管) )二、变容二极管二、变容二极管三、三、肖特基二极管肖特基二极管四、光电子器件四、光电子器件17一、齐纳二极管一、齐纳二极管1.符号及稳压特性符号及稳压特性 齐纳二极管又称齐纳二极管又称稳压二极管，它是利用二极管反向击穿特性实现稳稳压二极管，它是利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压时工作在反向电击穿状态。压。稳压时工作在反向电击穿状态。18(1) 稳定电压稳定电压VZ(2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作在规定的稳压管反向工作电流电流IZ下，所对应的反向工作下，所对应的反向工作电压。电压。rZ = VZ / IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ2. 稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数193.应用用稳压管管应注意的注意的问题 稳压管管稳压时，一定要外加反向，一定要外加反向电压，保，保证管子工管子工 作在反向作在反向击穿区。当外加的反向穿区。当外加的反向电压值大于或等于大于或等于VZ时，才能起到才能起到稳压作用；若外加的作用；若外加的电压值小于小于VZ，稳压二极管二极管相当于普通的二极管使用。相当于普通的二极管使用。 在在稳压管管稳压电路中，一定要配合限流路中，一定要配合限流电阻的使用，阻的使用，保保证稳压管中流管中流过的的电流在流在规定的范定的范围之内。之内。 203. 稳压电路稳压电路正常稳压时，正常稳压时，VO =VZ不加不加R可以吗？可以吗？当电源电压波动当电源电压波动当电源电压波动当电源电压波动( (负载不变负载不变负载不变负载不变) )VI VOVZ VZVOVR IR 当电源电压波动当电源电压波动当电源电压波动当电源电压波动( (负载不变负载不变负载不变负载不变) ) 留作自学留作自学留作自学留作自学21例例6 稳压二极管的应用稳压二极管的应用解：解： vo1和和vo2的波形如图所示的波形如图所示 已知已知VZ3VvivO1DZR(a)(b)vivO2RDZ22二、变容二极管二、变容二极管（a）符号）符号 （b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度） 变容二极管是利用变容二极管是利用变容二极管是利用变容二极管是利用PNPNPNPN结的电容效应进行工作的，结的电容效应进行工作的，结的电容效应进行工作的，结的电容效应进行工作的，它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电它工作在反向偏置状态，当外加的反偏电压变化时，其电容量也随着改变。容量也随着改变。容量也随着改变。容量也随着改变。23三、肖特基二极管三、肖特基二极管（a）符号）符号 （b）正向）正向V-I特性特性24四、光电子器件四、光电子器件1. 光电二极管光电二极管 光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受光电二极管又称为光敏二极管，它是一种光接受器件，其器件，其PN结工作在反偏状态，可以将光能转换为电结工作在反偏状态，可以将光能转换为电能，实现光电转换。能，实现光电转换。（a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 25 发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是发光二极管是一种光发射器件，英文缩写是LED。此类管子通常由镓（此类管子通常由镓（Ga）、砷（）、砷（As）、磷（）、磷（P）等元素）等元素的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时，的化合物制成，管子正向导通，当导通电流足够大时，能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管能把电能直接转换为光能，发出光来。目前发光二极管的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝的颜色有红、黄、橙、绿、白和蓝6种，所发光的颜色主种，所发光的颜色主要取决于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而要取决于制作管子的材料，例如用砷化镓发出红光，而用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品，用磷化镓则发出绿光。其中白色发光二极管是新型产品，主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领主要应用在手机背光灯、液晶显示器背光灯、照明等领域。域。2. 发光二极管发光二极管262. 发光二极管发光二极管符号符号光电传输系统光电传输系统 工作条件：正向偏置工作条件：正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 毫安，导通电压毫安，导通电压 (1 2) V27显示类型：显示类型： 普通普通 LED LED ，点阵点阵 LED七段七段 LED ,发光类型：发光类型：可见光：红、黄、绿可见光：红、黄、绿不可见光：红外光不可见光：红外光28 发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工发光二极管工作时导通电压比普通二极管大，其工作电压随材料的不同而不同，一般为作电压随材料的不同而不同，一般为1.7V2.4V。普通。普通绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为绿、黄、红、橙色发光二极管工作电压约为2V；白色发；白色发光二极管的工作电压通常高于光二极管的工作电压通常高于2.4V；蓝色发光二极管的；蓝色发光二极管的工作电压一般高于工作电压一般高于3.3V。发光二极管的工作电流一般在。发光二极管的工作电流一般在2mA25mA的范围。的范围。 发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如发光二极管应用非常广泛，常用作各种电子设备如仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示仪器仪表、计算机、电视机等的电源指示灯和信号指示等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一等，还可以做成七段数码显示器等。发光二极管的另一个重要用途是将电信号转为光信号。个重要用途是将电信号转为光信号。293. 激光二极管激光二极管（a）物理结构）物理结构 （b）符号）符号 激光二极管是在发光二极管的激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光结间安置一层具有光活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压，活性的半导体，构成一个光谐振腔。工作时接正向电压，可发射出激光。可发射出激光。 激光二极管激光二极管的应用非常广泛，的应用非常广泛，在计算机的光盘在计算机的光盘驱动器，激光打驱动器，激光打印机中的打印头，印机中的打印头，激光唱机，激光激光唱机，激光影碟机中都有激影碟机中都有激光二极管。光二极管。30