二极管应用及分析举例

1.2.3.1　整流电路

所谓整流通常是指将双极性电压（或电流）变为单极性电压（或电流）的处理过程。

例1.2.1　二极管基本电路如图1.2.10（a）所示，已知us是为正弦波，如图1.2.10（b）所示。试利用二极管理想模型，定性地绘出uo的波形。

解：由于us的值有正有负，当us为正半周时，二极管正向偏置，根据理想模型特性，此时二极管导通且导通压降为0 V，所以uo= us。

当us为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管截止，电阻R中无电流流过，uo= 0。所以波形如图1.2.10（b）中的uo所示。

该电路称为半波整流电路。

图1.2.10　例1.2.1的电路

1.2.3.2　静态工作情况分析

通常利用二极管大信号模型来分析电路的静态工作情况比较方便，现举例说明。

例1.2.2　设二极管电路如图1.2.11（a）所示，R=10kΩ，图（b）是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的静态工作点，即求ID和UD的值：（1）VDD=10V ；（2）VDD=1V 。在每种情况下，应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。

图1.2.11　例1.2.2的电路

解：图1.2.11（a）所示电路中，虚线左边为线性部分，右边为非线性部分。

（1）VDD=10V 。

① 使用理想模型可以求得：

UD=0V ，

ID=VDD/R=10V/10kΩ=1mA

② 使用恒压降模型可以求得：

③ 使用折线模型可以求得：

（2）VDD=1V 。

① 使用理想模型可以求得：

② 使用恒压降模型可以求得：

③ 使用折线模型可以求得：

上例说明，在电源电压远大于二极管管压降的情况下，恒压降模型能得出比较合理的结果，但当电源电压较低时，折线模型能够提供比较合理的结果。所以，正确选择器件的模型，是电子电路工作者必须掌握的基本技能。

1.2.3.3　限幅与钳位电路(www.xing528.com)

在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理，它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。限幅电路有时也称为削波电路，现举例说明。

例1.2.3　一限幅电路如图1.2.12（a）所示，R = 1 kΩ，UREF= 3 V，二极管为硅二极管。已知二极管导通电压Uon约为0.7 V，当ui= 6sinωt V时，绘出相应的输出电压uo的波形。

图1.2.12　例1.2.3的电路

解：题目中提到二极管导通电压Uon约为0.7 V，所以采用恒压降模型。

当ui≤(UREF+Uon)时，二极管处于截止状态，uo= ui；当ui＞UREF+Uon时，uo= UREF+Uon= 3.7 V，波形如图1.2.12（b）所示。

1.2.3.4　小信号工作情况分析

在用小信号模型分析二极管电路时，要特别注意微变电阻rd是与静态工作点Q有关的。一般首先分析电路的静态工作情况，求得静态工作点Q；其次，根据Q点算出微变电阻rd；再次，根据小信号模型的交流等效电路，求出小信号作用下电路的交流电压、电流；最后与静态值叠加，得到电路响应的总量结果。

思考题

1.2.1　为什么说在使用二极管时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压？

1.2.2　如何用万用表的“Ω”档来判断一只二极管的阴、阳两极？（提示：指针式万用表的黑表笔接表内直流电源的正极；数字式万用表的红表笔接表内直流电源的正极）

1.2.3　比较硅、锗两种二极管的性能，说明在工程实际中，为什么硅二极管用得较普遍？

1.2.4　二极管有几种折线化的伏安特性?它们分别适用于什么应用场合?

1.2.5　什么情况下应用二极管的微变等效电路来分析电路?

习　 题

1.2.1　二极管电路如图题1.2.1所示，试判断图中二极管是导通还是截止，并求输出电压Uo的值。（设二极管是理想的。）

图题1.2.1

1.2.2　试判断图题1.2.2所示电路中二极管是导通还是截止，为什么？（设二极管是理想的。）

图题1.2.2

1.2.3　电路如图题1.2.3所示，已知ui=8sinωtV ，二极管导通电压Uon=0.7V 。试画出ui与uo的波形并标出幅值。

1.2.4　电路如图题1.2.4所示，uS=22sinωtV ，试分别绘出两个电路负载RL两端的电压波形。（设二极管是理想的。）

图题1.2.3

图题1.2.4

1.2.5　电路如图题1.2.5所示，二极管导通电压Uon=0.7V ，常温下UT≈ 26 mV，电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10 mV。试问二极管中流过的交流电流有效值为多少?

图题1.2.5