1.3.4 半导体二极管的基本应用电路

利用二极管的单向导电特性，可实现整流、限幅、开关等功能。

1.二极管整流电路

例1.3.2 二极管基本电路如图1.3.9a所示，已知ui为正弦波，如图1.3.9b所示。试利用二极管理想模型，定性地画出uo的波形。

解：当ui为正半周时，二极管导通，此时uo=ui；当ui为负半周时，二极管截止，相当于开关打开，此时uo=0。其输入、输出波形如图1.3.9b所示。

该电路称为半波整流。整流电路可用于信号检测，也是直流电源的一个组成部分。

2.二极管限幅电路

在电子线路中，常用限幅电路对各种信号进行处理，它能对输入电压的变化范围加以限制，常用于波形变换和整形。限幅电路的传输特性如图1.3.10所示，图中UIH、UIL分别称为上门限电压和下门限电压。可见，当UIH≥ui≥UIL时，输出电压正比于输入电压。当ui＞UIH或ui＜UIL时，输出电压将被限制为最大值Uomax或最小值Uomin。换言之，电路将把输入信号中超出UIH、UIL的部分削去。有两个门限电压的限幅电路，称为双向限幅；只有一个门限的电路，则为单向限幅。现举例说明。

例1.3.3 一限幅电路如图1.3.11所示，其中二极管为硅管。设输入信号为ui=5sin(ωt)(V)的正弦信号，试分别用理想模型和恒压降模型分析输出波形曲线。

解：对于理想模型，等效电路如图1.3.12a所示。当ui＞2V时，二极管导通，uo=2V；当ui<2V时，二极管截止，uo=ui。得到的输出波形如图1.3.12b所示。

对于恒压降模型，等效电路如图1.3.13a所示。当ui＞E+UD(on)=2.7V时，二极管导通，uo=2.7V，即将uo的最大电压限制为2.7V；当ui＜2.7V时，二极管截止，二极管支路开路，uo=ui。图1.3.13b画出了电路的输出波形。可见，该电路将输入信号中高出2.7V的部分削平了，因此称该电路为上限幅电路。

如果将图中的二极管反接，并适当调整E值，则电路变为下限幅电路。将上、下限幅电路适当组合，可组成双向限幅电路。

3.二极管开关电路

利用二极管的单向导电性来接通或断开电路，在数字电路中得到广泛的应用。在分析这种电路时，应当掌握一条基本原则，即判断电路中的二极管处于导通状态还是截止状态。可以先将二极管断开，然后观察阴、阳两极间所加电压是正偏还是反偏，若正偏则二极管导通，否则二极管截止。若多个二极管都正偏，则正偏压降大的二极管先导通，然后将导通二极管用等效模型代替，再分析其余二极管的导通、截止情况。现举例说明。

例1.3.4 二极管开关电路如图1.3.14所示。当输入电压u1和u2为0V或5V时，利用二极管理想模型分析u1和u2在不同取值组合情况下输出电压uo的值。

解：1）当u1=0V、u2=5V时，VD1为正向偏置，正偏压降为5V，VD2零偏，因此VD1导通，等效为一根导线。此时VD2的阴极电位为5V，阳极为0V，处于反偏，故VD2截止。用二极管理想模型代入，则uo=u1=0V。

2）当u1=5V、u2=5V时，VD1、VD2均零偏，两个二极管均断开，则uo=E=5V。

以此类推，将u1和u2的其余两种组合及输出电压列于表1.3.1中。由表可知，这种关系在数字电路中称为与逻辑，因此该电路也称为与门。