二极管模型分析与应用

由于二极管的伏安特性是非线性的，所以二极管是一种非线性器件，这给二极管应用电路的分析带来困难。为了简化分析，根据所要求的精度不同，用若干线性电路模型来代替实际的二极管。能够模拟二极管特性的线性电路模型称为二极管模型或二极管等效电路。常用的二极管模型有以下四种。

1.理想二极管模型

在二极管应用电路中，如果二极管导通时的正向电压远小于和它串联元件的电压，而二极管的截止时的反向电流远小于和它并联元件的电流，那么可以忽略二极管的正向压降和反向电流，认为二极管是理想二极管。当理想二极管外加正向电压时，二极管导通，其正向压降为零；当理想二极管外加反向电压时，二极管截止，反向电流为零。理想二极管的伏安特性如图1-14a中的实线所示，其中的虚线表示实际二极管的伏安特性。

图1-14 二极管的等效模型

2.恒压源模型

当二极管导通后，其正向压降是恒定不变的，且不随电流而变化，通常硅二极管导通电压U_on=0.7V，锗二极管导通电压U_on=0.3V。当二极管的外加电压小于U_on时，二极管截止，反向电流为零。此模型只有当二极管的正向电流近似大于或等于1mA时才是正确的。恒压源模型的伏安特性如图1-14b中的实线所示。该模型提供了一个合理的近似，因此应用比较广。

3.折线模型

为了更真实地描述二极管的伏安特性，体现二极管的正向压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增加而增加，可采用折线模型来代替二极管。该模型用一个电压源U_on和一个电阻r_D（r_D=ΔU/ΔI）来近似实现。如图1-14c所示，当二极管外加正向电压大于U_on时，其导通电流和电压成线性关系，其伏安特性的直线斜率为1/r_D；当二极管的外加电压小于U_on时，二极管截止，反向电流为零。(www.xing528.com)

4.微变信号模型

当二极管外加直流正向电压时，二极管导通，有电流流过二极管，在二极管的伏安特性曲线上反映该电压和电流的点为静态工作点，用Q点表示静态工作点。如图1-15a所示，如果在二极管电路中，除直流信号外，再加上微小变化的交流信号，则二极管的工作状态将只在Q点附近做微小的变动。可用在Q点的切线来近似微小变化时的曲线，可将二极管等效为一个动态电阻r_d，且r_d=Δu_D/Δi_D，如图1-15b所示，称之为二极管的微变信号模型。r_d可由式（1-1）得到

则

由于二极管正向特性为指数曲线，在温度一定时，r_d的值与Q点的位置相关，Q点越高，I_D越大，r_d的数值就越小。

图1-15 二极管的微变信号模型