3.4二極管的基本電路及其分析方法

在電子技術中，二極管電路得到廣泛的應用。本節重點介紹采用簡化模型，分析幾種基本的二極管電路。

3.4.1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，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復雜，因而圖解分析發則較簡單，但是前提條件是已知二極管的V_I特性曲線。0二極管V-I特性曲線斜率為的負載線+-D例:二極管電路如圖（a）所示，設二極管的V-I特性曲線如圖（b）所示。已知電源vDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。靜態工作點Q(VD，ID)解：(a)(b)

1.二極管V-I特性的建模

1.理想模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法在正向偏置時，其管壓降為0，而當二極管處于反相偏置時，認為它的電阻為無窮大，電流為零。uDiDO理想特性實際特性a.伏安特性b.電路符號–+uDiD

1.二極管V-I特性的建模

2.恒壓降模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法當二極管導通后，其管壓降認為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為0.7V(硅管）。

1.二極管V-I特性的建模3.折線模型3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法為了較真實地描述二極管V-I特性，在恒壓降模型的基礎上，做一定的修正，即認為二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加，所以在模型中用一個電池的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth約為0.5V（硅管）。

4.小信號模型

3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法在圖中串聯一個交流信號源+-D＋－當0電路處于靜態工作狀態靜態工作點Q（VD，ID）當工作點將在和之間移動。二極管電壓和電流變化為和即根據得Q點處的微變電導則常溫下（T=300K）由上看出，在交流小信號的作用小，工作電沿V-I特性曲線，在靜態工作點Q附近小范圍被變化，此時可把二極管V-I特性近似為以Q點為切點的一條直線，斜率的倒數就是小信號模型的微變電阻，如圖。二極管：死區電壓=0.5V，正向壓降

0.7V(硅二極管)理想二極管：死區電壓=0，正向壓降=0二極管的應用舉例1：二極管半波整流（利用二極管的單項導電性）二極管的應用是主要利用它的單向導電性，主要應用于整流、限幅、保護等等。

2.應用舉例

例1：二極管基本點路如圖所示，已知Vs為正弦波。利用二極管理想模型，繪出Vo的波形。RLvsvOvivott二極管半波整流

1）整流電路解：由于Vs的值有正有負，當Vs為正半周時，二極管正向偏置，此時二極管導通，Vo=Vs.當Vs為負半周時，二極管反向偏置，此時二極管截止，Vo=0。該電路稱為半波整流電路。正弦波信號原來是雙方向的，現在經過二極管這個電路輸出變成單方向的，而且這個電方向取的是輸入一半的波形，所以叫做半波整流電路

uiuott這個電路有什么用處？這是后面要介紹的直流穩壓電源里面的一部分電路，我們知道直流電源輸入都是220V，要變成直流第一步就要把雙方向的變成單方向的，這就是整流的過程。

2.二極管的靜態工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V時恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設

3.限幅電路

當輸入信號電壓在一定范圍內變化時,輸出電壓隨輸入電壓相應變化；而當輸入電壓超出該范圍時,輸出電壓保持不變,這就是限幅電路。通常將輸出電壓uo開始不變的電壓值稱為限幅電平,當輸入電壓高于限幅電平時,輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅；當輸入電壓低于限幅電平時,輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。

并聯二極管上限幅電路限幅電路如圖所示。改變Ｅ值就可改變限幅電平。

Ｅ＝０V,限幅電平為０V。uｉ＞０時二極管導通,uo＝０V.并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系ui＜０V,二極管截止,

uo＝uｉ。并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系設０＜Ｅ＜Um(輸入峰值電壓）,則限幅電平為＋Ｅ。當uｉ＜Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系當uｉ＞Ｅ,二極管導通,uo＝Ｅ。波形圖如圖(ｂ)所示。并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系設-Ｕm＜Ｅ＜０,

如果uｉ＞Ｅ,二極管導通,uo＝Ｅ。則限幅電平為-E.并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系設-Ｕm＜Ｅ＜０,如果uｉ＜Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；波形圖如圖(ｃ)所示。并聯二極管上限幅電路二極管并聯上限幅電路波形關系并聯下限幅電路Ｅ＝０V,限幅電平為０V。uｉ<０時二極管導通,uo＝０V；ui>０V,二極管截止,

uo＝uｉ。波形如圖所示。uiuott并聯下限幅電路如果０＜Ｅ＜Um,則限幅電平為＋Ｅ。

uｉ<Ｅ,二極管導通,uo＝Ｅ。

uｉ>Ｅ,二極管截止,uo＝uｉ；波形圖如圖(ｂ)所示。uiuottＥ并聯下限幅電路如果－Ｕm＜Ｅ＜０,則限幅電平為-E,波形圖如圖所示。uiuottＥ串聯限幅電路Ｅ＝０V,限幅電平為VR。

ui＜VR時二極管導通,

uo＝ui;

ui＞VR時二極管截止,uo＝VR,波形如圖所示。uiuottVR

串聯限幅電路Ｅ＝０V,限幅電平為VR。

ui＜VR時二極管截止,

uo＝ui;

ui＞VR時二極管導通,uo＝VR,波形如圖所示。uiuottVR雙向限幅電路在電子電路中，常用限幅電路對各種信號進行處理。它是用來讓信號在預置的電平范圍中，有選擇地傳輸一部分。-+-+R(a)限幅電路例:一限幅電路如圖所示，二極管為硅二極管，分別用理想模型和恒壓降模型求解以下兩問：（1）求相應的輸出電壓的值（2）繪出相應的輸出電壓的波形-+-+R(b)理想模型電路-+-+R(c)恒壓降模型電路（1）理想模型電路如圖(b)所示二極管截止二極管導通二極管導通恒壓降模型電路如圖(c)所示二極管截止二極管導通二極管導通0303.7（2）由于所加輸入電壓為振幅等于6V的正弦電壓，正半周有一段幅值大于VREF.對于理想模型，波形如圖(a)對于恒壓模型，

4.開關電路在開關電路中，利用二極管的單向導電性以接通或斷開電路，這在數字電路中得到廣泛的應用。在分析這種電路時，應當掌握一條基本原則，即判斷電路中的二極管處于導通狀態還是截止狀態。5V例：二極管電路如圖所示。利用二極管理想模型求解：求的值不同組合情況下，輸出電壓的值。＋＋＋－－5V解：當D1為正向偏置D2的陰極電位為5V，陽極為0V，處于反相偏置，故D2截止。

5.低電壓穩壓電路利用二極管的正向壓降特性，可以獲得較好的穩壓性能。＋－設低電壓穩壓電路如圖。合理選取電路參數，對于硅二極管，可以獲得輸出電壓近似等于0.7V，若采用幾只二極管串聯，則可獲得1V以上的輸出電壓。＋－＋－＋－由于某種原因，入電網電壓波動引起直流電源電壓VI產生波動，這個波動分量用ΔVI表示，波形是任意的，它與VI串聯共同作用于R（限流電阻）和二極管D相串聯的支路如圖。電路中VI

、R和二極管D共同確定電路的靜態工作點。當波動電壓增量ΔVI出現之后，電路中的電流和二極管電壓亦產生相應的增量，0ΔVI引起的的波動很小輸出電壓可以保持基本穩定。V-I特性曲線越陡，微變電阻rd越小，穩定性也越好。

6.小信號工作情況分析在利用小信號模型分析二極管電路時，要特別注意微變電阻rd與靜態工作點Q有關。一般首先分析電路的靜態工作情況，求得靜態工作點Q；其次，根據Q點算出微變電阻rd；再次，根據小信號模型交流電路模型，求出小信號作用小電路的交流電壓、電流；最后與靜態值疊加，得到完整的結果。例3.4.6在圖（a)所示的二極管電路中，恒壓降模型的（1）求輸出電壓的交流量和總量；（2）繪出的波形。解：（1）根據疊加原理，可以將兩個電壓源的作用分開考慮，得到相應的電路模型圖（b)和圖(c)。圖(c)中只有交流