分析二極管電路

二極管使電路分析變得更加困難，因?yàn)樗鼈兙哂蟹蔷€性電流電壓特性。換句話說(shuō)，二極管沒(méi)有一個(gè)單一的數(shù)值來(lái)捕獲電流和電壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

對(duì)于電阻器，這個(gè)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(shí)，我們得到一條直線。另一方面，對(duì)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(kāi)關(guān)

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

此類(lèi)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(huì)得出正確的結(jié)果，因此請(qǐng)做出您最好的猜測(cè)。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(rèn)為它不導(dǎo)電，則將其替換為開(kāi)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(kāi)路兩端的電壓大于零，則假設(shè)是錯(cuò)誤的——二極管實(shí)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(yáng)極，則該假設(shè)是錯(cuò)誤的 - 我們將分析限制于正向?qū)ǘO管，因此從陰極流向陽(yáng)極的電流表明該二極管實(shí)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(kāi)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(lái)相當(dāng)原始，但它實(shí)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(duì)于典型二極管正向電壓相當(dāng)大時(shí)，或者當(dāng)電路包含多個(gè)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(shí)，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(shí)，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(guò)簡(jiǎn)單地結(jié)合代表二極管壓降的理想電池來(lái)使該方法更加現(xiàn)實(shí)。

電池成為整個(gè)二極管組件的一個(gè)組成部分，如下圖所示。

二極管符號(hào)代表理想二極管，電池有兩個(gè)作用：修改導(dǎo)通的閾值條件，并在二極管導(dǎo)通時(shí)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(duì)應(yīng)于由兩個(gè)離散狀態(tài)組成的簡(jiǎn)化二極管模型：如果二極管兩端的陽(yáng)極到陰極電壓小于 0.7 V，則二極管關(guān)閉并工作作為開(kāi)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(huì)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(qǐng)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(guò)電池電壓之前，沒(méi)有電流可以從陽(yáng)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(qǐng)注意，電池不會(huì)產(chǎn)生干擾我們電路分析的雜散電流，因?yàn)槔硐攵O管不允許電流沿陰極到陽(yáng)極方向流動(dòng)。

開(kāi)始導(dǎo)通后，電池電壓變?yōu)檎ｋ妷航?。讓我們?cè)俅慰紤]電池的極性。想象一下電池位置有一個(gè)電阻；我們可以通過(guò)在左側(cè)畫(huà)正極性、在右側(cè)畫(huà)負(fù)極性來(lái)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(dòng)時(shí)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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