二极管因为非线性电流电压特性,电路分析不好搞?
电子设计宝典 2024-06-13

分析二极管电路

  二极管使电路分析变得更加困难,因为它们具有非线性电流电压特性。换句话说,二极管没有一个单一的数值来捕获电流和电压之间的数学关系。 

 对于电阻器,这个单一数值就是电阻,因此当我们绘制电阻器的电流和电压之间的关系时,我们得到一条直线。另一方面,对于典型的硅二极管,非线性 I-V 关系图如下所示的指数曲线。

  方法一:二极管作为开关
  分析二极管电路最简单(也是最不准确)的方法是假设二极管是一个压控开关,充当完美的电流单向阀。如果这个“开关”上的电压大于 0 V,电流就会自由流动,没有任何电阻或压降。如果“开关”两端的电压小于或等于 0 V,则没有电流流动。
  此类分析的第一步是假设二极管导通或不导通。任何一种假设都会得出正确的结果,因此请做出您最好的猜测。如果假设二极管导通,则将二极管保留在原理图中,但将其视为一根电线。如果认为它不导电,则将其替换为开路。  现在继续分析,并检查是否有有意义的结果。如果假设开路两端的电压大于零,则假设是错误的——二极管实际上是导通的。如果流经导电二极管的电流从阴极流向阳极,则该假设是错误的 - 我们将分析限制于正向导通二极管,因此从阴极流向阳极的电流表明该二极管实际上不导电。


  顶部的原理图代表原始电路。在左下角,二极管被假定为不导通,并已被开路取代。在右下角,假设二极管处于导通状态,并已被零电阻连接所取代。
  这种方法可能看起来相当原始,但它实际上是执行快速初步分析的便捷方法。当电路涉及的电压相对于典型二极管正向电压相当大时,或者当电路包含多个二极管并且主要关心的是确定哪些二极管正在导通时,它特别有用。

  方法 2:恒压降法
  当我们使用上一节中描述的方法时,我们正在分析电路,就好像二极管是理想的一样,这意味着它们充当完美的电流单向阀。我们可以通过简单地结合代表二极管压降的理想电池来使该方法更加现实。  电池成为整个二极管组件的一个组成部分,如下图所示。


  二极管符号代表理想二极管,电池有两个作用:修改导通的阈值条件,并在二极管导通时产生电压降。
  由于理想电池的电压是固定且恒定的,因此该分析技术对应于由两个离散状态组成的简化二极管模型:如果二极管两端的阳极到阴极电压小于 0.7 V,则二极管关闭并工作作为开路;如果电压大于或等于 0.7 V,则二极管以零电阻导通,但会产生 0.7 V 的压降。(您不必使用 0.7 V 作为恒定压降,但这是标准选择典型的硅二极管。)
  了解恒压降模型
  如果您不清楚该模型的工作原理,请记住电池的极性与流经二极管的正向电流方向相反。因此,在正向电压超过电池电压之前,没有电流可以从阳极流向阴极,这意味着电池为二极管导通创建了阈值条件。另请注意,电池不会产生干扰我们电路分析的杂散电流,因为理想二极管不允许电流沿阴极到阳极方向流动。
  开始导通后,电池电压变为正常电压降。让我们再次考虑电池的极性。想象一下电池位置有一个电阻;我们可以通过在左侧画正极性、在右侧画负极性来表示电阻器的压降,并且我们知道,这种方向表示当我们沿着电流路径移动时电压损失。电池具有相同的极性方向,因此它也代表电压损失,在这种情况下是由二极管而不是电阻器引起的。

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