模拟电路网络课件 第六节:二极管基本电路及其分析方法

2.4 二极管基本电路及其分析方法

2.4.1 二极管正向V-I模型

一、理想模型
 
理想二极管的V–I 特性如图(a)蓝色线所示，虚线表示实际二极管的V–I 特性。图(b)为它的代表符号。

二极管的理想模型
 
由图(a)可见，在正向偏置时，其管压降为0V，而当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的。

二极管的恒压降模型

二、二极管的恒压降模型
 
二极管的恒压降模型
 
二极管的恒压降模型及代表符号如图所示。该模型建立的基本思想是当二极管导通后，其管压降可认为是恒定的，不随电流而变，且导通电压的典型值为0.7V（硅管）。此模型只有当二极管的电流 iD近似等于或大于1mA时才是正确的。该模型提供了一种合理的近似，因此应用也较广。
二极管的恒压降模型

三、二极管的折线模型

二极管的折线模型
为了较真实地描述二极管V-I 特性，二极管折线模型，在恒压降模型的基础上，作一定的修正，即认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加。所以，在模型中用一个电池和一个电阻rD来作进一步的近似。

二极管折线模型如图(a)所示。这个电池的电压选定为二极管的门坎电压Vth，约为0.5V（硅管）。至于rD的值，可以这样来确定，即当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0.7V，于是rD的值可计算如下：

由于二极管特性的分散性，Vth和rD的值不是固定不变的。

四、二极管的小信号模型

二极管小信号模型如图(b)所示。如果二极管在图（a）中的静态工作点Q（vD=VD，iD=ID）附近工作，则可把V-I 特性看成为一条直线，其斜率的倒数就是所要求的小信号模型的微变电阻rd，

rd=dvD/diD  

rd的数值可从二极管的V-I 特性表达式导出:

（1）

取iD对vD的微分，可得微变电导

由此可得

  (当T=300K时)

例如，当Q点上的ID=2mA时，rd=26mV/2mV=13W。

2.4.2 模型分析法应用举例

一、静态工作情况分析

例1 设二极管电路如图(a)所示，R =10kW，图(b)是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：（要求在每种情况下，分别应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解）

（1）VDD=10V；

（2）VDD=1V。

解：（1）VDD=10V

① 使用理想模型图(c)得

VD=0V，ID=VDD/R =10V/10kW=1mA

② 使用恒压降模型图(d)得

，

③ 使用折线模型图(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 使用恒压降模型得

，

③ 使用折线模型得 ID=0.049 mA  VD=0.51V

二、限幅电路分析

一种简单的限幅电路如图所示。当vI小于二极管导通电压时，二极管不导通，vO » vI；当vI超过二极管的导通电压vD，二极管导通，其两端电压就是vD。由于二极管正向导通后，其两端电压变化很小，所以当vI有很大变化时，vO的值却被限制在一定范围内。这种电路可用来减少某些信号的幅值，以适应不同的要求或保护电路中的元器件。

三、开关电路分析

二极管的伏安特性
 
从二极管的伏安特性分析可以知道，当其两端电压低于导通电压时，二极管不导通，相当于开关断开；当其两端电压超过导通电压时，二极管导通，相当于开关接通。所以，二极管的实际作用很象一个开关，只是这个开关不够理想，开关接通时其导通压降不为零。此开关特性在数字电路是得到广泛的应用。

要判断电路中二极管处于导通状态还是截止状态，应当掌握的基本方法是：可以先将二极管断开，然后计算二极管两端的电位，若是外加的是正向电压则二极管导通，否则二极管截止。