HMP25H小信號模型(a)y-J特性(b)電路模型

微變電阻rd可由式rd=ΔvD/ΔiD求得,也可以從二極管的式導出。對于式(3.4.3),取jD對oD的微分,可得微變電導

         

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

在q點處vD>>vt=26mⅤ,jD≈isevD/vt,則

gd=is/vteud/vtq≈id/vtq=id/vt

由此可得

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

例如,當Q點上的ID=2mA時,RD=26MV/2MA=13Ω。

值得注意的是,小信號模型中的微變電阻RD與靜態工作點Q有關,靜態工作點位置不同,RD的值也不同。該模型主要用子二極管處于正向偏置,且

vD>>VT條件下。

另外,在高頻或開關狀態運用時,考慮到PN結電容的影響,可以得圖3,4.7a所示的PN結高頻電路模型,其中rs表示半導體電阻,RD表示結電阻,CD和CB分別表示擴散電容和勢壘電容。相比之下,RS通常很小,一般忽略不計,所以圖b的電路模型更為常用。結電容Cd包括CD和CB的總效果。當pN結處于正向偏置時,ri為芷向電阻,其值較小,Cd主要取決于擴散電容CD,PN結反向偏置時,RD為反向電阻,其值很大,Cd主要取決于勢壘電容CB。

在電子電路中,工般要求信號和電源具有公共端點(參考電位點)。所以,圖3.4.5a并非實用電路,但用來分析小信號工作原理時與實際電路是等價的。

           

二極管的基本電蹯及其分析方法,二極管的高頻電路模型(a)完整模型 (b)常用模型

模型分析法應用舉例,整流電路,例3.4.2 二極管基本電路如圖3.4.8a所示,已知Us為正弦波,如圖b所示。試利用二極管理想模型,定性地繪出vO的波形。

解:由于vs的值有正有負,當vs為正半周時,二極管正向偏置,根據理想模型特性,此時二極管導通,且vO=vs。

當vs為負半周時,二極管反向偏置,此時二極管截止,vO=0。所以波形如圖b中的vO所示。                

              

該電路稱為半波整流電路。(a)電路圖 (b)vs和vO的波形

靜態工作情況分析,利用二極管模型來分析電路的靜態工作情況是較方便的,現舉例說明。

例3.4.3 設簡單硅二極管基本電路如圖3.4.9a所示,R=10kΩ,圖b是它的習慣畫法。對于下列兩種情況,求電路的fD和VD的值:(1)VD=10Ⅴ;(2)yjD=1Ⅴ。在每種情況下,應用理想模型、恒壓降模型和折線模型求解。設折線模型中rD=o.2kΩ。

解:圖3.4.9a的電路中,虛線左邊為線性部分,右邊為非線性部分。符二極管及其基本宅路(a)簡單二極管電路 (b)習慣畫法 (c)理想模型電路(d)恒壓降模型電路 (e)折線模型電路

         

號“⊥”為參考電位點,電路中任一點的電位,都是對此點而言的,這在第1章中已介紹過。為了簡單起見,圖a所示的電路常采用圖b所示的習慣畫法,今后經常用到。現按題意,分別求解如下:

yDD=10Ⅴ,使用理想模型得

VD=0Ⅴ,rD=yDD/R=10Ⅴ/10kΩ=1mA

使用恒壓降模型得

VD=0.7Ⅴ,rD=yDD ~VDR

使用折線模型得

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

二極管的基本咆蹯及其分析方法

yD=0Ⅴ,JD

使用恒壓降模型得

VD =0.7Ⅴ,

使用折線模型得yDD ~vDfD=0。049mA, yD=0.51Ⅴ

上例表明,在電源電壓遠大于二極管管壓降的情況下,恒壓降模型能得出較合理的結果,但當電源電壓較低時,折線模型能提供較合理的結果。正確選擇器件的模型,是電子電路工作者需要掌握的基本技能。

限幅電路,在電子電路中,常用限幅電路對各種信號進行處理。它是用來讓信號在預置的電平范圍內,有選擇地傳輸一部分。現舉例說明。

例3.44 一限幅電路如圖3.4.10a所示,R=1kΩ,yREF=3Ⅴ,二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解以下兩問:(1)v1=OV、4Ⅴ、6Ⅴ時,求相應的輸出電壓vO的值;當vI=FnωT(Ⅴ)時,繪出相應的輸出電壓vO的波形。

           

解:理想模型電路如圖3.4.10b所示。(a)限幅電路 (b)理想模型電路 (c)恒壓降模型電路(d)理想模型時的v1和vO波形 (e)恒壓降模型時的約和vO波形.