二极管的直流等效电路和微变等效电路

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二极管的直流等效电路和微变等效电路

2024-07-13 16:55| 来源: 网络整理| 查看: 265

二级管的主要参数

1.IF(最大整流的电流) 二极管长期工作做能够通过电流的平均最大值:物理意义:功率电流值。 2.UR 二极管最高反向工作电压 需要留有裕度,通常能达到一半的裕度;UR不能等于UBR。 3.IR 未击穿时的反向电流;IR越小,反向截止特性越好。 4.fM 最高工作频率 给出上限使用频率(高频电路二极管中需要考虑)。

二极管是非线性电阻。

非线性元件用线性元件表示出来。

二极管的直流等效电路

外特性等效模型:模仿其电流电压曲线电路模型; 物理等效模型:按照二极管物理特性等效的电路,适用范围大。 考虑外特性等效模型:

伏安特性折线化

在这里插入图片描述

左侧是理想二极管伏安特性,导通电压为0,对应的电流很大。 中间的图是常用的等效模型,二极管电路为理想二极管加一个电源,当电压小于Uon时,二极管处于截止状态,一旦大于等于Uon,二极管导通。 实际的二极管如最右侧图所示:当电压发生变化的时候,电流会发生变化。i的值的变化会随着U的变化而发生,因而用折线来代替。

限幅电路

分析如下电路: 在这里插入图片描述 Us为交流电源,画出Uo的波形。 分析方法: 当二极管截止时:US-U1≤Uon,此时二极管所在的支路开路,此时Uo=Us。 当二极管正向导通时:US-U1>Uon,二极管导通,导通后电压几乎不变。此时Uo=U1+Uon。 这是一个限幅电路,Uo输出的电压值不能超过U1+Uon,用来保护电路。

整流电路

在这里插入图片描述 假定Uon=0,那么当US大于0的时候,二极管正向导通,因此Ur上面的电压等于V。 当US小于0的时候,二极管反向截止,电路开路,因此Ur上面的电压等于0V。 “整流电路”(rectifying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。

直流和交流同时作用于电路

在这里插入图片描述 如图所示:Ui为交流电压源,最大值为10mv,二极管的导通电压Uon为0.6V,当交流电压源直接作用时,二极管无法导通,无法得到经过Uo的电压和电流。 因此添加一个5V的直流电压源,此时二极管导通。 二级管在小交流的情况下,等效为一个纯电阻。 如何计算通过R两端的电流呢? 通过R两端的电流分为直流信号和交流信号。直流容易计算,交流不容易计算。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时,则可将二极管等效为一个电阻,称为动态电阻,也就是微变等效电路。

二极管的微变等效电路

二极管外加直流电压,没有交流信号输入时,二极管的伏安特性曲线上反应电压和电流的点被称为静态工作点,如图Q点所示。 在这里插入图片描述 这里计算rd的方法:借鉴了高等数学里面的导数的定义。导数的物理意义就是瞬时变化率。由于给定的直流信号源是5V,而交流信号则是mv级别的,因此一个很小的交流变化,就可以看作是Q点的两端电压和电流有一个微小的变化量。在这样一个变化范围内,电阻值可以看作几乎不变。因此求该点的瞬时变化率就可以变为对该点求导数。 需要注意的时候,二极管仅仅是等效为电阻rd,而不是等同于电阻。 I D I_D ID​是静态工作点时对应的电流,因此二极管的动态电阻和给定的直流电压的大小是有关系的。 那么如何求通过R两端的电流呢,可分为两步骤:

(1)计算直流电流 即不考虑小交流信号输入的情况下。 I D I_D ID​为静态电流,对应的 I D = U − U d R I_D=\frac{U-U_d}{R} ID​=RU−Ud​​ 在这里插入图片描述 (2)计算交流电流: 二极管等效为电阻rd,因此在交流信号作用下的等效电路图如图所示: 在这里插入图片描述 此时 i d = U i r d + R i_d=\frac{U_i}{r_d+R} id​=rd​+RUi​​, r d r_d rd​的值通过 r d = I D U T r_d=\frac{I_D}{U_T} rd​=UT​ID​​可以计算出来。 因此总的电流为交流电流+直流电流。 i D = i d + I D = U i r d + R + U − U d R i_D=i_d+I_D=\frac{U_i}{r_d+R}+\frac{U-U_d}{R} iD​=id​+ID​=rd​+RUi​​+RU−Ud​​ U R = U i r d + R × R + ( U − U d ) U_R=\frac{U_i}{r_d+R}×R+(U-U_d) UR​=rd​+RUi​​×R+(U−Ud​) 假定给定的Ui的波形图如上图所示,那么R两端的电压UR如下图所示,其中正弦波的幅值取决于rd和R之间的分压。 在这里插入图片描述 补充知识: I D I_D ID​-为直流分量; i d i_d id​为交流分量(下角标如果也是小写的化,表示纯交流); I d I_d Id​交流有效值; i D i_D iD​瞬时值(下角标是大写的化,表示交流和直流都有)。

稳压二极管

利用二极管反向特性建立稳压二极管,该二极管工作在反向电流中,需要好的散热,通过调节参杂浓度来制造不同的稳压管。 当二极管处于反向击穿的状态下,在很大的一个电流变化范围内,它的输出电压变化非常非常小,或者近似于不变,因此它能够起到一个稳定电压的功效。 只要不出现热击穿,二极管就没问题,为了放置热击穿,稳压二极管的封装就不一样,散热比较好。 双向稳压二极管,要么都截止,要么一个导通一个反向击穿。 在这里插入图片描述

稳压二极管的主要参数

在这里插入图片描述 U z U_z Uz​:稳定电压,稳定工作时保持的电压。 I z I_z Iz​: 稳定电流,Iz时是稳压管正常工作状态时的参考电流,电流低于此值时稳压效果很差。 在这里插入图片描述 α \alpha α: 温度系数(半导体材料都有受温度影响的特性。一般而言,6V为分界线,6V往上雪崩多,6V往下齐纳击穿多) 在这里插入图片描述



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