HMP25H小信号模型(a)y-J特性(b)电路模型

微变电阻rd可由式rd=ΔvD/ΔiD求得,也可以从二极管的式导出。对于式(3.4.3),取jD对oD的微分,可得微变电导

         

gd=did/dud=d/duo[is(eud/vt-1)]=is/vteud/vt

在q点处vD>>vt=26mⅤ,jD≈isevD/vt,则

gd=is/vteud/vtq≈id/vtq=id/vt

由此可得

rd=1/gd=vt/id=26(mv)/id(ma)(常温下,t=300K)                (3.4.4)

例如,当Q点上的ID=2mA时,RD=26MV/2MA=13Ω。

值得注意的是,小信号模型中的微变电阻RD与静态工作点Q有关,静态工作点位置不同,RD的值也不同。该模型主要用子二极管处于正向偏置,且

vD>>VT条件下。

另外,在高频或开关状态运用时,考虑到PN结电容的影响,可以得图3,4.7a所示的PN结高频电路模型,其中rs表示半导体电阻,RD表示结电阻,CD和CB分别表示扩散电容和势垒电容。相比之下,RS通常很小,一般忽略不计,所以图b的电路模型更为常用。结电容Cd包括CD和CB的总效果。当pN结处于正向偏置时,ri为芷向电阻,其值较小,Cd主要取决于扩散电容CD,PN结反向偏置时,RD为反向电阻,其值很大,Cd主要取决于势垒电容CB。

在电子电路中,工般要求信号和电源具有公共端点(参考电位点)。所以,图3.4.5a并非实用电路,但用来分析小信号工作原理时与实际电路是等价的。

           

二极管的基本电蹯及其分析方法,二极管的高频电路模型(a)完整模型 (b)常用模型

模型分析法应用举例,整流电路,例3.4.2 二极管基本电路如图3.4.8a所示,已知Us为正弦波,如图b所示。试利用二极管理想模型,定性地绘出vO的波形。

解:由于vs的值有正有负,当vs为正半周时,二极管正向偏置,根据理想模型特性,此时二极管导通,且vO=vs。

当vs为负半周时,二极管反向偏置,此时二极管截止,vO=0。所以波形如图b中的vO所示。                

              

该电路称为半波整流电路。(a)电路图 (b)vs和vO的波形

静态工作情况分析,利用二极管模型来分析电路的静态工作情况是较方便的,现举例说明。

例3.4.3 设简单硅二极管基本电路如图3.4.9a所示,R=10kΩ,图b是它的习惯画法。对于下列两种情况,求电路的fD和VD的值:(1)VD=10Ⅴ;(2)yjD=1Ⅴ。在每种情况下,应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解。设折线模型中rD=o.2kΩ。

解:图3.4.9a的电路中,虚线左边为线性部分,右边为非线性部分。符二极管及其基本宅路(a)简单二极管电路 (b)习惯画法 (c)理想模型电路(d)恒压降模型电路 (e)折线模型电路

         

号“⊥”为参考电位点,电路中任一点的电位,都是对此点而言的,这在第1章中已介绍过。为了简单起见,图a所示的电路常采用图b所示的习惯画法,今后经常用到。现按题意,分别求解如下:

yDD=10Ⅴ,使用理想模型得

VD=0Ⅴ,rD=yDD/R=10Ⅴ/10kΩ=1mA

使用恒压降模型得

VD=0.7Ⅴ,rD=yDD ~VDR

使用折线模型得

JD= R+rD =yD =0.5Ⅴ+fDrD

VDD=1Ⅴ

使用理想模型得

10V-0,7Ⅴ

=0.93mA

10kΩ

10Ⅴ-0.5V

=0.931mA

10kΩ+0.2kΩ

=0.5Ⅴ+0.931-mA×0.2kΩ=0.69Ⅴ

二极管的基本咆蹯及其分析方法

yD=0Ⅴ,JD

使用恒压降模型得

VD =0.7Ⅴ,

使用折线模型得yDD ~vDfD=0。049mA, yD=0.51Ⅴ

上例表明,在电源电压远大于二极管管压降的情况下,恒压降模型能得出较合理的结果,但当电源电压较低时,折线模型能提供较合理的结果。正确选择器件的模型,是电子电路工作者需要掌握的基本技能。

限幅电路,在电子电路中,常用限幅电路对各种信号进行处理。它是用来让信号在预置的电平范围内,有选择地传输一部分。现举例说明。

例3.44 一限幅电路如图3.4.10a所示,R=1kΩ,yREF=3Ⅴ,二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解以下两问:(1)v1=OV、4Ⅴ、6Ⅴ时,求相应的输出电压vO的值;当vI=FnωT(Ⅴ)时,绘出相应的输出电压vO的波形。

           

解:理想模型电路如图3.4.10b所示。(a)限幅电路 (b)理想模型电路 (c)恒压降模型电路(d)理想模型时的v1和vO波形 (e)恒压降模型时的约和vO波形.