模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第六節(jié):二極管基本電路及其分析方法

2.4 二極管基本電路及其分析方法

2.4.1 二極管正向V-I模型

一、理想模型
?
理想二極管的V–I 特性如圖(a)藍色線所示，虛線表示實際二極管的V–I 特性。圖(b)為它的代表符號。

二極管的理想模型
?
由圖(a)可見，在正向偏置時，其管壓降為0V，而當二極管處于反向偏置時，認為它的電阻為無窮大，電流為零。在實際的電路中，當電源電壓遠比二極管的管壓降大時，利用此法來近似分析是可行的。

二極管的恒壓降模型

二、二極管的恒壓降模型
?
二極管的恒壓降模型
?
二極管的恒壓降模型及代表符號如圖所示。該模型建立的基本思想是當二極管導(dǎo)通后，其管壓降可認為是恒定的，不隨電流而變，且導(dǎo)通電壓的典型值為0.7V（硅管）。此模型只有當二極管的電流 iD近似等于或大于1mA時才是正確的。該模型提供了一種合理的近似，因此應(yīng)用也較廣。
二極管的恒壓降模型

三、二極管的折線模型

二極管的折線模型
為了較真實地描述二極管V-I 特性，二極管折線模型，在恒壓降模型的基礎(chǔ)上，作一定的修正，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和一個電阻rD來作進一步的近似。

二極管折線模型如圖(a)所示。這個電池的電壓選定為二極管的門坎電壓Vth，約為0.5V（硅管）。至于rD的值，可以這樣來確定，即當二極管的導(dǎo)通電流為1mA時，管壓降為0.7V，于是rD的值可計算如下：

由于二極管特性的分散性，Vth和rD的值不是固定不變的。

四、二極管的小信號模型

二極管小信號模型如圖(b)所示。如果二極管在圖（a）中的靜態(tài)工作點Q（vD=VD，iD=ID）附近工作，則可把V-I 特性看成為一條直線，其斜率的倒數(shù)就是所要求的小信號模型的微變電阻rd，

rd=dvD/diD??

rd的數(shù)值可從二極管的V-I 特性表達式導(dǎo)出:

（1）

取iD對vD的微分，可得微變電導(dǎo)

由此可得

? (當T=300K時)

例如，當Q點上的ID=2mA時，rd=26mV/2mV=13W。

2.4.2 模型分析法應(yīng)用舉例

一、靜態(tài)工作情況分析

例1 設(shè)二極管電路如圖(a)所示，R =10kW，圖(b)是它的習(xí)慣畫法。對于下列兩種情況，求電路的ID和VD的值：（要求在每種情況下，分別應(yīng)用理想模型、恒壓降模型和折線模型求解）

（1）VDD=10V；

（2）VDD=1V。

解：（1）VDD=10V

① 使用理想模型圖(c)得

VD=0V，ID=VDD/R =10V/10kW=1mA

② 使用恒壓降模型圖(d)得

，

③ 使用折線模型圖(e)得

VD=0.5V+IDrD=0.5V+0.931mA×0.2kW=0.69V

(2) VDD=1V

① 使用理想模型得

，

② 使用恒壓降模型得

，

③ 使用折線模型得 ID=0.049 mA? VD=0.51V

二、限幅電路分析

一種簡單的限幅電路如圖所示。當vI小于二極管導(dǎo)通電壓時，二極管不導(dǎo)通，vO ? vI；當vI超過二極管的導(dǎo)通電壓vD，二極管導(dǎo)通，其兩端電壓就是vD。由于二極管正向?qū)ê?，其兩端電壓變化很小，所以當vI有很大變化時，vO的值卻被限制在一定范圍內(nèi)。這種電路可用來減少某些信號的幅值，以適應(yīng)不同的要求或保護電路中的元器件。

三、開關(guān)電路分析

二極管的伏安特性
?
從二極管的伏安特性分析可以知道，當其兩端電壓低于導(dǎo)通電壓時，二極管不導(dǎo)通，相當于開關(guān)斷開；當其兩端電壓超過導(dǎo)通電壓時，二極管導(dǎo)通，相當于開關(guān)接通。所以，二極管的實際作用很象一個開關(guān)，只是這個開關(guān)不夠理想，開關(guān)接通時其導(dǎo)通壓降不為零。此開關(guān)特性在數(shù)字電路是得到廣泛的應(yīng)用。

要判斷電路中二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止狀態(tài)，應(yīng)當掌握的基本方法是：可以先將二極管斷開，然后計算二極管兩端的電位，若是外加的是正向電壓則二極管導(dǎo)通，否則二極管截止。