新 疆大学信息科学与工程学院电子线路（线性部分）课件第一章第三节 晶体二极管电路的分析方法.pptVIP

第三节 晶体二极管电路 ————的分析方法 * * 1.3.1 晶体二极管模型 在分析电路时，电路中的各个实际器件，都必须用相应的模型来表示。力求采用最简单的模型，使电路分析简化，便于从分析结果中直观地揭示电路的主要特性。 实际器件的模型，可以用各种形式构成： （1）、用数学表达式构成的数学模型； （2）、用曲线和表格形式构成的曲线和表格模型； （3）、用理想电路元件构成的电路模型； （4）、还可以用多种形式构成的混合模型； 一、晶体二极管电路的数学模型： 在理想相条件下，推导出的数学表达式： 此表达示称为晶体二极管的理想指数模型。 如果，为了反映实际器件的伏安特性，通常的做法是将上式加以修正。 或 式中 n 称为非理想化因子，其值与I有关。 当I为正常值时，n ≈ 1 。 当I过小或过大， n ≈ 2 。 rS 是与PN结相串联的电阻。（中性区的体电阻、接触电阻、金属引线电阻） 如果，进一步考虑击穿特性和非线性电容特性，那么，模型将会变得更为复杂。 二、伏安特性曲线（曲线和表格模型）： 可以通过数学表达式描绘或通过实际测得到。 0 I V 用折线逼近的伏安特性曲线 V I V(on) 0 I/mA V/V 定义：二极管的导通电阻 RD 为： 三、简化电路模型： （1）、仅从单向导电性考虑，晶体二极管是理想的二极管。 理想的二极管的伏安特性曲线 0 I V 理想的二极管的电路符号 （2）、当二极管的正向压降，远小于与它相串联的电压源时，二极管上的压降可忽略。 即 当 V 0 时 ，二极管导通，相当于短路。 当 V 0 时 ，二极管截止，相当于开路。 晶体二极管的简化电路模型 RD D VD(on) 四、小信号电路模型： 如果，加到二极管上的电压是由直流电压VQ 和叠加在其上的增量电压ΔV 组成。 即 V = VQ +ΔV 则，相应产生的电流为，I = IQ +ΔI Q ΔI ΔV 0 IQ I/mA V/V VQ 图中，VQ 与 IQ 在伏安特性曲线上对应的点，称为静态工作点，用 Q表示。 增量电阻 ：r 定义为 即 Q ΔI ΔV 0 IQ I/mA V/V VQ 式中 为Q点上的电流。 通常将rj 称为二极管的增量结电阻或称为肖特基电阻。 晶体二极管的小信号电路模型为 rj Q ΔI ΔV 0 IQ I/mA V/V VQ 如果，考虑PN结的串接电阻 rS ，晶体二极管的小信号电路模型为： rj rS 若ΔV的工作频率较高时，还因考虑PN结的结电容 Cj 的影响。晶体二极管的小信号电路模型为： Cj rj rS 增量电阻上的波形示意图： Q ΔI ΔV 0 IQ I/mA V/V VQ 注意：小信号电路模型受到ΔV足够小的限制。工程上，限定|ΔV| 5.2mV，由此产生的误差是允许的。 晶体二极管的四种模型。前三种统称为一般模型，被用来计算二极管上特定范围内电压或电流值时的影响。最后一种为小信号模型，它仅限于用来计算叠加在Q点上微小增量电压或电流的响应。 1.3.2 晶体二极管电路分析方法 例如、 如图所示晶体二极管电路，计算：I、V D R VDD V I 外电路方程 V = VDD – IR 晶体二极管由非线性伏安特性方程表示 I = f (V) 联立求解 I、V 当它的伏安特性用理想指数特性或复杂的数学模型表示，采用的分析方法是在计算机上用迭代算法进行数值求解。 当用伏安特性曲线表示时，可采用图解法。 而当二极管用简化电路模型表示时，根据理想二极管的状态，二极管电路简化为相应的线性电路。 V = VDD – IR 已知 VT 、IS 联立求解 I 、V （2）图解分析法、采用伏安特性曲线（曲线和表格模型） 已知 ： 晶体二极管的伏安特性曲线及电路 0 I V D R VDD V I 根据外电路列方程 V = VDD – IR 令 V = 0 则 I = 0 则 V = VDD 在晶体二极管的伏安特性曲线上作值线 D R VDD V I V 0 I V VDD/R VDD V 0 I VDD/R VQ Q VDD IQ 两曲线的交点Q点为静态工作点，其对应的值就是所求的解 即