晶體二極管電路的分析方法

晶體二極管電路的分析方法

晶體二極管是由PN結(jié)加上引出線(xiàn)和管殼構(gòu)成的，具有PN結(jié)的各種特性，通常有以下幾種類(lèi)型：

點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，適用于高頻如幾百兆赫工作， 但不能通過(guò)很大的電流，主要用于小 電流的整流和高頻時(shí)的檢波、混頻等。

面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，能通過(guò)較大的電流但只能在
低頻下工作。一般在100KHz以下用作整流器件。

硅平面型：結(jié)面積較大的，可通過(guò)較大電流，適用大功率整流，結(jié)面積較小的，結(jié)電容較小，適用   于在數(shù)字電路中作開(kāi)關(guān)管。
一、晶體二極管的模型：
        電路分析時(shí)，電路中的各個(gè)實(shí)際器件必須用其相應(yīng)的模型來(lái)表示，即所謂的元件約束，常用其伏安特性來(lái)表示，但實(shí)際器件在各種不同條件下伏安特性是不同的，如二極管低頻應(yīng)用時(shí)可不考慮結(jié)電容效應(yīng)，而在高頻時(shí)結(jié)電容效 應(yīng)不能忽略。工程上，常采用簡(jiǎn)化模型分析電路主要特性，而計(jì)算機(jī)輔助分析采用復(fù)雜模型以獲得精確結(jié)果。 實(shí)際器件的模型一般有：數(shù)學(xué)模型、曲線(xiàn)和表格模型、電路模型等。
        1、晶體二極管的數(shù)學(xué)模型；P18—1式所示的指數(shù)特性為晶體二極管理想的 數(shù)學(xué)模型，實(shí)際器件的伏安特性一般用下式表示：
                                             V-Irs
                             I  = IS（enVT     —1）
 n為非理想化因子，其值與 I 有關(guān)，I 為正常值時(shí)，n≈1，I 過(guò)大或過(guò)小 時(shí)， n≈2，rs是與阻擋層相串接的電阻（中性區(qū)題電阻，引線(xiàn)電阻等） 如果進(jìn)一步考慮擊穿特性和非線(xiàn)性電容特性，模型更復(fù)雜，工程上常采 用理想的簡(jiǎn)化模型。                   
2、伏安特性曲線(xiàn)：可根據(jù)數(shù)學(xué)模型或?qū)嶋H測(cè)量獲得二極管的 伏安特性曲線(xiàn)，如圖P19所示。
3、簡(jiǎn)化電路模型：二極管的主要特性是其單向?qū)щ娦?，?dǎo)通前（或外加反向電壓）近似為開(kāi)路，導(dǎo)通后近似為一線(xiàn)性電阻（導(dǎo)通電阻RD，其伏安特性曲線(xiàn)為如下兩段直線(xiàn)近似，轉(zhuǎn)折點(diǎn)為導(dǎo)通電壓V(on)

定義一種二極管為理想二極管，導(dǎo)通電壓為零，導(dǎo)通電阻為零。
其電路符號(hào)為實(shí)際二極管電路符號(hào)為

實(shí)際二極管簡(jiǎn)化電路模型為：

4、小信號(hào)電路模型：實(shí)際器件交流和直流模型并不一樣，交流模型中小信號(hào)和大信號(hào)、低頻和高頻模型也并不一樣，線(xiàn)性電路中主要涉及低頻小信號(hào)模型。如果加到二極管上的電壓V是由直流電壓VQ（決定二極管的靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示）和疊加其上的增量電壓△V組成，則產(chǎn)生的電流 ：I = IQ +△I    一般來(lái)說(shuō)疊加在Q點(diǎn)上的△V與△I 的關(guān)系是非線(xiàn)性的但若△V足夠?。?∣△V ∣<5.2mV) ，在△V 的變化范圍內(nèi)二極管伏安特性曲線(xiàn)近似為一段直線(xiàn)，如下圖所示：

如上圖一段紅線(xiàn)所示，這時(shí)二極管小信號(hào)伏安特性近似為一個(gè)交流線(xiàn)性電阻rj ，其值為該直線(xiàn)段斜率的倒數(shù)：

或rj = VT /  IQ通常稱(chēng)rj 為二極管的增量結(jié)電阻（肖特基電阻、交流小信號(hào)等效電阻）精確計(jì)算時(shí)還應(yīng)考慮體電阻rs，高頻時(shí)應(yīng)考慮結(jié)電容Cj 。

二,晶體二極管電路分析方法：
        二極管在電路中，既應(yīng)服從拓?fù)浼s束，又應(yīng)服從元件約束，在不同的應(yīng)用條件下，二極管采用不同的模型，分析方法也不同。
1、圖解分析法：當(dāng)二極管用伏安特性曲線(xiàn)模型時(shí)，可采用圖解分析法。 先列出管外電路方程，該方程與伏安特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)便是所需求的解。
2、簡(jiǎn)化分析法：二極管采用簡(jiǎn)化電路模型，電路分析較簡(jiǎn)單，是最常用的分析方法，以上圖所示電路為例：
例1：首先列出二極管管外電路方程，實(shí)際是將二極管兩端（A、B兩端）進(jìn)行代文寧等效其開(kāi)路電壓VOC=VDD  R2 / R1  等效內(nèi)阻R0= R1 // R2   從而   VAB=VOC—I R0    至此若用圖解分析法
該直線(xiàn)與伏安特性曲線(xiàn)交點(diǎn)即所求解，若用簡(jiǎn)化分析法，將二極管等效為P25簡(jiǎn)化電路模型，則由于 VAB>0故VAB=I RD+VD（on） 該方程與上方程聯(lián)立求的電路解。

例3：
已知兩個(gè)二極管的VD（on）=0.7V，RD=100Ω，V1=100V，V2=25V,試求Vo隨Vi 變化傳輸特性
解：由于 RD遠(yuǎn)小于外電阻R1、R2，VD（on）遠(yuǎn)小于外電源電壓，故D1、D2近似為理想二極管。計(jì)算這一類(lèi)型題目時(shí)，應(yīng)先求出二極管導(dǎo)通和截止的條件，根據(jù)這個(gè)求輸入輸出關(guān)系，該題中D1導(dǎo)通條件是VA大于25V，D2導(dǎo)通條件是VA大于100V，因此當(dāng)VA小于25V時(shí)，即 Vi小于25V ，D1、D2均不導(dǎo)通，輸出Vo=25V ；當(dāng)VA大于25V而小于100V時(shí)， D1導(dǎo)通， D2截止，此時(shí)VA大于25V相當(dāng)于Vi大于25V，而輸出電壓

這時(shí)Vo隨Vi線(xiàn)性增加，當(dāng)Vo增至100V，即Vi=137. 5V時(shí)，VA=100V，D2導(dǎo)通，輸出穩(wěn)定在100V，與Vi無(wú)關(guān)。