2022-2023学年高二物理竞赛课件：二极管基本电路及其分析方法

二极管基本电路及其分析方法 分析方法小结 二极管基本电路及其分析方法 假设D截止（开路） 求D两端开路电压 VD  0.7V D正向导通 - VBR < VD  0.7V D反向截止 ID = 0 (开路) VD  - VBR D反向击穿 VD = - VBR (恒压) VD = 0.7V (恒压降) 状态 等效电路 条件 将不同状态的等效电路（模型）带入原电路中，分析vI和vO 的关系 画出电压波形和电压传输特性 特殊情况：求vD（波动） 小信号模型和叠加原理 恒压降模型 第一章附录 PSPICE功能及特点 1）特点： 节省时间，节省设备，产品一般性好，可靠性高，新产品更新快。 2）功能： 直流分析：计算工作点，计算直流小信号传输函数值分析，直流扫描分析,直流小信号灵敏度分析,计算直流转移特性曲线。 交流分析：频域分析（幅频，相频）；噪声分析（计算指定频率点上的噪声等效电平）。 瞬态分析：瞬态响应（绘不同信号的时域波形）；傅立叶分析（计算基波，谐波系数）。 灵敏度分析：计算元件参数变化引起电路输出变量的变化（交、直流）。 容差分析：蒙特卡罗（monte-carlo）分析。 （统计分析法）给定元件参数容差时，计算输出变量的均值和标准偏差；最坏情况分析（Worst-Case）：参数处于容差边界的一种最坏组合情况下计算输出的上界值和下限。 温度特性分析:通常在27度进行分析，也可指定温度 优化设计:给定电路拓扑结构和电路性能约束的情况下，确定元器件最佳参数组合。 PSPICE的基本构成 人机交互界面 原理图输入 电路模拟分析 绘图后处理 模型参数库 模型参数提取 电路符号库 符号编辑器 应用分析举例 （R=10k） （a）VDD=10V 时， （b）VDD=1V 时， VDD 理想模型 恒压模型 折线模型 理想模型 恒压模型 折线模型 例1:求VD、ID。 二极管电路的分析概述 初步分析——依据二极管的单向导电性 D导通：vO = vI - vD D截止：vO = 0 D导通：vO = vD D截止：vO = vI 左图 中图 显然，vO 与 vI 的关系由D的状态决定 而且，D处于反向截止时最简单！ 例2: 画出VO波形。 整流 限幅 例3、限幅电路举例 分析思路 分析任务：求vD、iD 目的1: 确定电路功能，即信号vI传递到vO ，有何变化？ 目的2: 判断二极管D是否安全。 首先，判断D的状态？ 若D反向截止，则相当于开路（ iD 0，ROFF  ∞ ）； 若D正向导通，则？ 正向导通分析方法： 图解法 等效电路（模型）法 —— 将非线性  线性 先静态（直流），后动态（交流） 静态： vI =0（正弦波过0点） 动态： vI 0 1、二极管电路的分析概述小结 2、二极管状态判断 例4: 2CP1（硅），IF=16mA， VBR=40V。求VD、ID。 (a) (b) (c) (d) 正偏 正偏 反偏 反偏 iD > IF ？ D反向截止 ID = 0 VD = -10V D反向击穿 iD = ？ vD = ？ 二极管状态判断方法 假设D截止(开路)， 求D两端开路电压 普通：热击穿－损坏 齐纳：电击穿 VD = - VBR= -40V VD > 0V D正向导通？ -VBR < VD  0V D反向截止, ID = 0 VD  - VBR D反向击穿, VD = - VBR D正向导通？ D正向导通！ VI = 10V， vi = sint（V） 静态分析 vi=0 叠加原理 动态分析 VI=0 小信号模型(小信号等效电路) 例5:已知伏安特性,求VD、ID。 3、图解分析法 先静态分析 －直流负载线: 再动态分析 －交流负载线: iD=ID+DiD vD=VD+DvD 11 33-34页可移到30页前面 VI = 10V vi = sint vD = VI + vi - iD R iD=ID+DiD = 0.95mA+0.1mAsint vD=VD+DvD 0.7V 例5解:已知伏安特性,求VD、ID。 再动态分析 －交流负载线: VDD iD D ( + VDD iD D ( + VD VDD iD D ( + rD Vth iD D R   vO   vI iD + vO R