二極管電路分析

分析二極管電路

二極管使電路分析變得更加困難，因為它們具有非線性電流電壓特性。換句話說，二極管沒有一個單一的數(shù)值來捕獲電流和電壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

對于電阻器，這個單一數(shù)值就是電阻，因此當(dāng)我們繪制電阻器的電流和電壓之間的關(guān)系時，我們得到一條直線。另一方面，對于典型的硅二極管，非線性 I-V 關(guān)系圖如下所示的指數(shù)曲線。

1二極管作為開關(guān)

分析二極管電路最簡單（也是最不準(zhǔn)確）的方法是假設(shè)二極管是一個壓控開關(guān)，充當(dāng)完美的電流單向閥。如果這個“開關(guān)”上的電壓大于 0 V，電流就會自由流動，沒有任何電阻或壓降。如果“開關(guān)”兩端的電壓小于或等于 0 V，則沒有電流流動。

此類分析的第一步是假設(shè)二極管導(dǎo)通或不導(dǎo)通。任何一種假設(shè)都會得出正確的結(jié)果，因此請做出您最好的猜測。如果假設(shè)二極管導(dǎo)通，則將二極管保留在原理圖中，但將其視為一根電線。如果認為它不導(dǎo)電，則將其替換為開路。

現(xiàn)在繼續(xù)分析，并檢查是否有有意義的結(jié)果。如果假設(shè)開路兩端的電壓大于零，則假設(shè)是錯誤的——二極管實際上是導(dǎo)通的。如果流經(jīng)導(dǎo)電二極管的電流從陰極流向陽極，則該假設(shè)是錯誤的 - 我們將分析限制于正向?qū)ǘO管，因此從陰極流向陽極的電流表明該二極管實際上不導(dǎo)電。

頂部的原理圖代表原始電路。在左下角，二極管被假定為不導(dǎo)通，并已被開路取代。在右下角，假設(shè)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，并已被零電阻連接所取代。

這種方法可能看起來相當(dāng)原始，但它實際上是執(zhí)行快速初步分析的便捷方法。當(dāng)電路涉及的電壓相對于典型二極管正向電壓相當(dāng)大時，或者當(dāng)電路包含多個二極管并且主要關(guān)心的是確定哪些二極管正在導(dǎo)通時，它特別有用。

2恒壓降法

當(dāng)我們使用上一節(jié)中描述的方法時，我們正在分析電路，就好像二極管是理想的一樣，這意味著它們充當(dāng)完美的電流單向閥。我們可以通過簡單地結(jié)合代表二極管壓降的理想電池來使該方法更加現(xiàn)實。

電池成為整個二極管組件的一個組成部分，如下圖所示。

二極管符號代表理想二極管，電池有兩個作用：修改導(dǎo)通的閾值條件，并在二極管導(dǎo)通時產(chǎn)生電壓降。

由于理想電池的電壓是固定且恒定的，因此該分析技術(shù)對應(yīng)于由兩個離散狀態(tài)組成的簡化二極管模型：如果二極管兩端的陽極到陰極電壓小于 0.7 V，則二極管關(guān)閉并工作作為開路；如果電壓大于或等于 0.7 V，則二極管以零電阻導(dǎo)通，但會產(chǎn)生 0.7 V 的壓降。（您不必使用 0.7 V 作為恒定壓降，但這是標(biāo)準(zhǔn)選擇典型的硅二極管。）

3了解恒壓降模型

如果您不清楚該模型的工作原理，請記住電池的極性與流經(jīng)二極管的正向電流方向相反。因此，在正向電壓超過電池電壓之前，沒有電流可以從陽極流向陰極，這意味著電池為二極管導(dǎo)通創(chuàng)建了閾值條件。另請注意，電池不會產(chǎn)生干擾我們電路分析的雜散電流，因為理想二極管不允許電流沿陰極到陽極方向流動。

開始導(dǎo)通后，電池電壓變?yōu)檎ｋ妷航?。讓我們再次考慮電池的極性。想象一下電池位置有一個電阻；我們可以通過在左側(cè)畫正極性、在右側(cè)畫負極性來表示電阻器的壓降，并且我們知道，這種方向表示當(dāng)我們沿著電流路徑移動時電壓損失。電池具有相同的極性方向，因此它也代表電壓損失，在這種情況下是由二極管而不是電阻器引起的。

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