晶体二极管电路的分析方法

2011-08-19 14:09:05来源: 互联网

晶体二极管是由PN结加上引出线和管壳构成的,具有PN结的各种特性,通常有以下几种类型:

点接触型:结面积小,结电容小,适用于高频如几百兆赫工作, 但不能通过很大的电流,主要用于小 电流的整流和高频时的检波、混频等。

面接触型:结面积大,结电容大,能通过较大的电流但只能在
低频下工作。一般在100KHz以下用作整流器件。

硅平面型:结面积较大的,可通过较大电流,适用大功率整流,结面积较小的,结电容较小,适用   于在数字电路中作开关管。
一、晶体二极管的模型
        电路分析时,电路中的各个实际器件必须用其相应的模型来表示,即所谓的元件约束,常用其伏安特性来表示,但实际器件在各种不同条件下伏安特性是不同的,如二极管低频应用时可不考虑结电容效应,而在高频时结电容效 应不能忽略。工程上,常采用简化模型分析电路主要特性,而计算机辅助分析采用复杂模型以获得精确结果。 实际器件的模型一般有:数学模型、曲线和表格模型、电路模型等。
        1、晶体二极管的数学模型;P18—1式所示的指数特性为晶体二极管理想的 数学模型,实际器件的伏安特性一般用下式表示:
                                             V-Irs
                             I  = IS(enVT     —1)
 n为非理想化因子,其值与 I 有关,I 为正常值时,n≈1,I 过大或过小 时, n≈2,rs是与阻挡层相串接的电阻(中性区题电阻,引线电阻等) 如果进一步考虑击穿特性和非线性电容特性,模型更复杂,工程上常采 用理想的简化模型。                   
2、伏安特性曲线:可根据数学模型或实际测量获得二极管的 伏安特性曲线,如图P19所示。
3、简化电路模型:二极管的主要特性是其单向导电性,导通前(或外加反向电压)近似为开路,导通后近似为一线性电阻(导通电阻RD,其伏安特性曲线为如下两段直线近似,转折点为导通电压V(on)

定义一种二极管为理想二极管,导通电压为零,导通电阻为零。
其电路符号为实际二极管电路符号为

实际二极管简化电路模型为:

4、小信号电路模型:实际器件交流和直流模型并不一样,交流模型中小信号和大信号、低频和高频模型也并不一样,线性电路中主要涉及低频小信号模型。如果加到二极管上的电压V是由直流电压VQ(决定二极管的静态工作点,用Q表示)和叠加其上的增量电压△V组成,则产生的电流 :I = IQ +△I    一般来说叠加在Q点上的△V与△I 的关系是非线性的但若△V足够小( ∣△V ∣<5.2mV) ,在△V 的变化范围内二极管伏安特性曲线近似为一段直线,如下图所示:

如上图一段红线所示,这时二极管小信号伏安特性近似为一个交流线性电阻rj ,其值为该直线段斜率的倒数:

或rj = VT /  IQ通常称rj 为二极管的增量结电阻(肖特基电阻、交流小信号等效电阻)精确计算时还应考虑体电阻rs,高频时应考虑结电容Cj 。

二,晶体二极管电路分析方法
        二极管在电路中,既应服从拓扑约束,又应服从元件约束,在不同的应用条件下,二极管采用不同的模型,分析方法也不同。
1、图解分析法:当二极管用伏安特性曲线模型时,可采用图解分析法。 先列出管外电路方程,该方程与伏安特性曲线的交点便是所需求的解。
2、简化分析法:二极管采用简化电路模型,电路分析较简单,是最常用的分析方法,以上图所示电路为例:
例1:首先列出二极管管外电路方程,实际是将二极管两端(A、B两端)进行代文宁等效其开路电压VOC=VDD  R2 / R1  等效内阻R0= R1 // R2   从而   VAB=VOC—I R0    至此若用图解分析法
该直线与伏安特性曲线交点即所求解,若用简化分析法,将二极管等效为P25简化电路模型,则由于 VAB>0故VAB=I RD+VD(on) 该方程与上方程联立求的电路解。

例3:
已知两个二极管的VD(on)=0.7V,RD=100Ω,V1=100V,V2=25V,试求Vo随Vi 变化传输特性
解:由于 RD远小于外电阻R1、R2,VD(on)远小于外电源电压,故D1、D2近似为理想二极管。计算这一类型题目时,应先求出二极管导通和截止的条件,根据这个求输入输出关系,该题中D1导通条件是VA大于25V,D2导通条件是VA大于100V,因此当VA小于25V时,即 Vi小于25V ,D1、D2均不导通,输出Vo=25V ;当VA大于25V而小于100V时, D1导通, D2截止,此时VA大于25V相当于Vi大于25V,而输出电压

这时Vo随Vi线性增加,当Vo增至100V,即Vi=137. 5V时,VA=100V,D2导通,输出稳定在100V,与Vi无关。


关键字:二极管

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0819/article_11594.html
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