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 二极管基本电路及其分析方法 简单二极管电路的图解分析方法 二极管电路的简化模型分析方法 例3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD 。 图解法 解：由电路的KVL方程，可得 即 是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线 Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点 二极管电路的简化模型分析方法 公式法 1.二极管V-I 特性的建模 将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。 （1）理想模型 （a）V-I特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型 二极管电路的简化模型分析方法 1.二极管V-I 特性的建模 （2）恒压降模型 （a）V-I特性 （b）电路模型 （3）折线模型 （a）V-I特性 （b）电路模型 设 （硅管死区电压） 二极管电路的简化模型分析方法 （4）小信号模型 仅适用于微小变化交流电路 vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。 vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。 6 微小变化的交流信号vs =Vmsint 时（Vm<<VDD） 在交流小信号Vs的作用下，工作点沿V-I特性曲线，在静态工作点Q附近小范围内变化，此时可把二极管V-I特性近似为 以Q点为切点的一条直线。 其斜率的倒数就是小信号模型的微变电阻rd 二极管电路的简化模型分析方法 小信号模型： （4）小信号模型 过Q点的切线可以等效成一个微变电阻 即 根据 得Q点处的微变电导 则 常温下（T=300K） （a）V-I特性 （b）电路模型 二极管电路的简化模型分析方法 1.二极管V-I 特性的建模 （4）小信号模型 特别注意： 小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。 （a）V-I特性 （b）电路模型 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 2．模型分析法应用举例 （1）整流电路 （a）电路图 （b）vs和vo的波形 该电路为半波整流。 2．模型分析法应用举例 （2）静态工作情况分析 理想模型 （R=10k） 当VDD=10V 时， 恒压模型 （硅二极管典型值） 折线模型 （硅管死区电压） 设 （a）简单二极管电路 （b）习惯画法 只需掌握理想模型与恒压模型。 当VDD=1V 时（自看） 电路如图，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输出电压vO的波形。 2．模型分析法应用举例 （3）限幅电路 （1）理想模型 含二极管电路的关键元件是二极管状态 不同状态将导致不同的输出电压。 本题输入信号是一个巨大变化交流信号，所以，随着输入信号变化，二极管某段时间导通，另一段时间截止 问题关键：导通状态与截止状态的分水岭。 技巧：本题关键就是了解二极管所处的状态。刚拿到题目是无法立即获知二极管状态，所以，引入假设法。 p n 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 11 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止 2．模型分析法应用举例 （3）限幅电路 假设二极管断开，则电路一下子变得简单，结论也只有2种：假设正确和假设错误 。 p n 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 12 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止 $