晶体二极管电路的分析方法
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 ∣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。
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