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，通常有以下幾種類型：

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

面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，能通過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)字電路中作開關(guān)管。
一、晶體二極管的模型：
電路分析時，電路中的各個實際器件必須用其相應(yīng)的模型來表示，即所謂的元件約束，常用其伏安特性來表示，但實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)用時可不考慮結(jié)電容效應(yīng)，而在高頻時結(jié)電容效 應(yīng)不能忽略。工程上，常采用簡化模型分析電路主要特性，而計算機輔助分析采用復(fù)雜模型以獲得精確結(jié)果。 實際器件的模型一般有：數(shù)學(xué)模型、曲線和表格模型、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，n≈1，I 過大或過小 時， n≈2，rs是與阻擋層相串接的電阻（中性區(qū)題電阻，引線電阻等） 如果進一步考慮擊穿特性和非線性電容特性，模型更復(fù)雜，工程上常采 用理想的簡化模型。
2、伏安特性曲線：可根據(jù)數(shù)學(xué)模型或?qū)嶋H測量獲得二極管的 伏安特性曲線，如圖P19所示。
3、簡化電路模型：二極管的主要特性是其單向?qū)щ娦裕瑢?dǎo)通前（或外加反向電壓）近似為開路，導(dǎo)通后近似為一線性電阻（導(dǎo)通電阻RD，其伏安特性曲線為如下兩段直線近似，轉(zhuǎn)折點為導(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。
其電路符號為實際二極管電路符號為

實際二極管簡化電路模型為：

4、小信號電路模型：實際器件交流和直流模型并不一樣，交流模型中小信號和大信號、低頻和高頻模型也并不一樣，線性電路中主要涉及低頻小信號模型。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，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 一般來說疊加在Q點上的△V與△I 的關(guān)系是非線性的但若△V足夠?。?∣△V ∣5.2mV) ，在△V 的變化范圍內(nèi)二極管伏安特性曲線近似為一段直線，如下圖所示：

如上圖一段紅線所示，這時二極管小信號伏安特性近似為一個交流線性電阻rj ，其值為該直線段斜率的倒數(shù)：

或rj= VT / IQ通常稱rj 為二極管的增量結(jié)電阻（肖特基電阻、交流小信號等效電阻）精確計算時還應(yīng)考慮體電阻rs，高頻時應(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)服從拓撲約束，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：當二極管用伏安特性曲線模型時，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的交點便是所需求的解。
2、簡化分析法：二極管采用簡化電路模型，電路分析較簡單，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，實際是將二極管兩端（A、B兩端）進行代文寧等效其開路電壓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
該直線與伏安特性曲線交點即所求解，若用簡化分析法，將二極管等效為P25簡化電路模型，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遠小于外電阻R1、R2，VD（on）遠小于外電源電壓，故D1、D2近似為理想二極管。計算這一類型題目時，應(yīng)先求出二極管導(dǎo)通和截止的條件，根據(jù)這個求輸入輸出關(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VA小于25V時，即 Vi小于25V ，D1、D2均不導(dǎo)通，輸出Vo=25V ；當VA大于25V而小于100V時， D1導(dǎo)通， D2截止，此時VA大于25V相當于Vi大于25V，而輸出電壓

這時Vo隨Vi線性增加，當Vo增至100V，即Vi=137. 5V時，VA=100V，D2導(dǎo)通，輸出穩(wěn)定在100V，與Vi無關(guān)。