模拟电子线路1.3 晶体二极管电路分析方法.ppt

晶体二极管电路分析方法
晶体二极管的内部结构就是一个PN结。就其伏安特性而言,它有不同的表示方法,或者表示为不同形式的模型:
适于任一工作状态的通用曲线模型
便于计算机辅助分析的数学模型
直流简化电路模型
交流小信号电路模型
电路分析时采用的
数学模型—伏安特性方程式
理想模型:
修正模型:
rS —体电阻+ 引线接触电阻+ 引线电阻
其中:n —非理想化因子
I 正常时: n 1
I 过小或过大时: n2
注意:考虑到阻挡层内产生的自由电子空穴对及表面漏电流的影响,实际IS理想IS。
晶体二极管的模型
曲线模型—伏安特性曲线
V(BR)
I (mA)
V(V)
VD(on)
-IS
当V >VD(on)时
二极管导通
当V < VD(on)时
二极管截止
当反向电压V  V (BR)时
二极管击穿
晶体二极管的伏安特性曲线,通常由实测得到。
简化电路模型
折线等效:在主要利用二极管单向导电性的电路中,
实际二极管的伏安特性。
I
V
VD(on)
I
V
0
a
b
I
V
VD(on)
a
b
VD(on)
RD
D
+
-
理想状态:与外电路相比,VD(on)和RD均可忽略时,
二极管的伏安特性和电路符号。
开关状态:与外电路相比,RD可忽略时的伏安特性。
简化电路模型:折线等效时,二极管的简化电路模型。
小信号电路模型
:为二极管增量结电阻。
(室温)
:PN结串联电阻,数值很小。
Cj:PN结结电容,由CD和CT两部分构成。
注意:高频电路中,需考虑Cj影响。因高频工作时,
Cj容抗很小,PN结单向导电性会因Cj的交流旁
路作用而变差。
I
V
Q
rs
rj
Cj
图解法
分析二极管电路主要采用:图解法、简化分析法、小信号等效电路法。(重点掌握简化分析法)
写出管外电路直流负载线方程。
晶体二极管电路分析方法
利用二极管曲线模型和管外电路所确定的负载线,通过作图的方法进行求解。
要求:已知二极管伏安特性曲线和外围电路元件值。
分析步骤:
作直流负载线。
分析直流工作点。
优点:直观。既可分析直流,也可分析交流。
例1:已知电路参数和二极管伏安特性曲线,试求电路的静态工作点电压和电流。
I
V
Q
+
-
R
VDD
D
I
+
-
V
由图可写出直流负载线方程:V=VDD-IR
在直流负载线上任取两点:
解:
VDD
VDD/R
连接两点,画出直流负载线。
VQ
IQ
令I =0,得V= VDD;
令V =0,得I = VDD / R;
所得交点,即为Q点。
简化分析法
即将电路中二极管用简化电路模型代替,利用所得到的简化电路进行分析、求解。
将截止的二极管开路,导通的二极管用直流简化
电路模型替代,然后分析求解。
(1)估算法
判断二极管是导通还是截止?
假设电路中二极管全部开路,分析其两端的电位。
理想二极管:若V>0,则管子导通;反之截止。
实际二极管:若V>VD(on),管子导通;反之截止。
当电路中存在多个二极管时,正偏电压最大的管子
优先导通。其余管子需重新分析其工作状态。
例2:设二极管是理想的,求VAO值。
图(a),假设D开路,则D两端电压:
VD=V1–V2= –6 –12= – 18 < 0V,
解:
故D截止。
VAO =12V。
+
-
D
V2
V1
+
-
A
O
VAO
+
-
12V
-6V
3K
(a)
+
-
-
+
D1
D2
V2
V1
+
-
A
O
VAO
3K
6V
9V
(b)
图(b),假设D1、D2开路,则D两端电压:
VD1=V2 – 0= 9V > 0V,
VD2=V2–(–V1)=15V > 0V
由于VD2 > VD1 ,则D2优先导通。
此时VD1= –6V < 0V,
故D1截止。
VAO = –V1 = –6V 。
(2)画输出信号波形方法
根据输入信号大小判断二极管的导通与截止
找出vO与vI关系画输出信号波形。
例3:设二极管是理想的,vi =6sint(V),试画vO波形。
解:
vi> 2V时,D导通,则vO=vi
vi 2V时,D截止,则vO=2V
由此可画出vO的波形。
+
-
D
V
+
-
+
-
2V
100
R
vO
vi
t
6
2
0
vi(V)
vO(V)
t
0
2
6