模电·二极管的等效电路_006

由伏安特性折线化得到的等效电路二极管的微变等效电路

妖兽喽

2272人浏览 · 2023-11-17 16:05:49

妖兽喽 · 2023-11-17 16:05:49 发布

二极管的等效电路

由伏安特性折线化得到的等效电路
二极管的微变等效电路

二极管的伏安特性具有非线性，这给二极管应用电路的分析带来一定的困难。为了便于分析，常在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，也称为二极管的等效模型。通常，人们通过两种方法建立模型，一种是根据器件物理原理建立等效电路，由于其电路参数与物理机理密切相关，因而适用范围大，但模型较复杂，适于计算机辅助分析；另一种是根据器件的外特性来构造等效电路，因而模型较简单，适于近似分析。根据二极管的伏安特性可以构造多种等效电路，对于不同的应用场合，不同的分析要求（特别是误差要求），应选用其中一种。

由伏安特性折线化得到的等效电路

由伏安特性折线化得到的等效电路如下图所示，图中粗实线为折线化的伏安特性，虚线表示实际伏安特性，下边为等效电路。

图（a）所示的折线化伏安特性表明二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零，称为理想二极管，用空心的二极管符号表示。
图（b）所示的折线化伏安特性表面二极管导通时正向压降为一个常量 ${U\tiny on}$ ，截止时反向电流为零。因而等效电路是理想二极管串联电压源 ${U\tiny on}$ 。
图（c）所示的折线化伏安特性表面当二极管正向电压U大于 ${U\tiny on}$ 后其电流I与U成线性关系，直线斜率为 ${\frac {1}{{\large r}\tiny D}}$ 。二极管截止时反向电流为零。因此等效电路是理想二极管串联电压源 ${U\tiny on}$ 和电阻 ${r\tiny D}$ ，且 ${\large r}{\tiny D}=\frac {\Delta U}{\Delta I}$ 。

如下图所示电路中，若电压源V远大于二极管的导通电压 ${U\tiny D}$ ，则可以认为电阻R上电压 ${U\tiny R}$ 约等于电压源电压V，
二极管加正向电压的情况
即可认为二极管具有下图所示特性，回路电流 $I≈\frac {V}{R}$ 。
理想二极管
因为二极管导通电压的变化范围很小，所以多数情况下可以认为下图所示电路中的二极管

具有下图所示特性。
正向导通时端电压为常量

对于硅管，可取 ${U\tiny D}={U\tiny on}=0.7V$ ；对于锗管可取 ${U\tiny D}={U\tiny on}=0.2V$ ；因而回路电流 $I=\frac {V-{U\tiny on}}{R}$ 。
为使计算出的回路电流I跟接近实际情况，可以选择下图所示电路中的二极管
二极管加正向电压的情况
具有的下图特性，
正向导通时端电压与电流成线性关系
此时回路电流 $I=\frac {V-{U\tiny on}}{{\large r}{\tiny D}+R}$ 。

在近似分析中，这三个等效电路中图(a)误差最大，图©误差最小，图(b)应用最为普遍。

对下图所示电路，二极管导通电压 ${U\tiny D}$ 约为0.7V。试分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。
电路图

解：
当开关断开时，二极管因加正向电压而导通，故
输出电压 ${U\tiny O}={V\tiny 1}-{U\tiny D}≈(6-0.7V)=5.3V$
当开关闭合时，二极管因外加反向电流而截止，故
输出电压 ${U\tiny O}={V\tiny 2}=12V$

二极管的微变等效电路

当二极管外加直流正向电压时，将有一直流电流，曲线上反应该电压和电流的电为Q点，如下图中所标注。若在Q点基础上外加微小的变化量，则可以用以Q点为切点的直线近似微小变化时的曲线，如下图所示。
Q点及二极管动态电阻的物理意义

即二极管将等效成一个动态电阻 ${r\tiny D}$ ，且 ${\large r}{\tiny D}=\frac {\Delta {\large u}{\tiny D}}{\Delta {\large i}{\tiny D}}$ ，如下图所示，
二极管的动态电阻

称之为二极管的微变等效电路，利用二极管的电流方程可以求出 ${r\tiny D}$ 。
① ${\frac {1} {{\large r}{\tiny D}}} =\frac {\Delta {\large i}{\tiny D}}{\Delta {\large u}{\tiny D}} ≈\frac {{\large di}{\tiny D}}{{\large du}{\tiny D}} =\frac {\large d[{\large I\tiny S}(\large e^\frac{\large u}{{\small U\tiny T}})-1]}{\large d{u}} ≈\frac {\large I\tiny S}{\large U\tiny T}·{(\large e^\frac{\large u}{{\small U\tiny T}})} ≈\frac {\large I\tiny D}{\large U\tiny T}$
② ${{\large r}{\tiny D}}≈\frac {\large U\tiny T}{\large I\tiny D}$
式中的 ${I\tiny D}$ 是Q点的电流。由于二极管正向特性为指数曲线，所以Q点越高， ${r\tiny d}$ 的数值越小。
对于下图所示电路，在交流信号 ${u\tiny i}$ 幅值较小且频率较低的情况下。
直流电压源和交流电压源同时作用

${\large u\tiny R}$ 的波形如下图所示。
电路的波形分析
他是在一定的直流电压的基础上叠加上一个与 ${u\tiny i}$ 一样的正弦波，该正弦波的幅值决定于 ${\large r\tiny D}$ 与R的分压。图中标注的 ${U\tiny D}$ 是直流电压源V单独作用时二极管的正向压降，即Q点电压。