今天我們討論二極管交流特性應(yīng)用電路分析問(wèn)題，前幾期我們只考慮二極管的直流特性，它們都屬于大信號(hào)分析問(wèn)題，當(dāng)二極管應(yīng)用于線性電路中，在這種情況下，交流小信號(hào)將疊加在直流電流、直流電壓之上，故稱小信號(hào)分析，如圖1所示，下面我們一起來(lái)看二極管電路小信號(hào)究竟如何分析？

圖1 二極管的交流特性

二極管的直流分析

1、直流電阻：首先我們只對(duì)二極管進(jìn)行直流分析，僅考慮直流電源E的作用，因此，交流電源應(yīng)該是短路的，如果我們將二極管的正向電壓降視約為0.7V的一個(gè)常數(shù)，此時(shí)二極管的端電壓和端電流均為直流量，分別用UD（大寫(xiě)電壓U、D為直流）和ID（大寫(xiě)電流I、D為直流）表示。

圖2

圖2(a)二極管直流通路，(b)二極管直流伏安特性和靜態(tài)工作點(diǎn)Q

在直流電源E的作用下，對(duì)應(yīng)于二極管電流ID和二極管兩端電壓UD的點(diǎn)我們稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，兩者的比值定義為直流電阻RD，即

UD約為0.7V，ID為二極管直流電流

2、二極管直流電流ID：二極管在靜態(tài)工作點(diǎn)上時(shí)符合伏安特性曲線，公式表示靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)該點(diǎn)電流ID為

其中：IS為二極管的最大反向飽和電流，二極管外加反向電壓時(shí)微小的電流值；e為自然常數(shù)，約為2.71828；UD為二極管兩端電壓，約為0.7V；UT為二極管的溫度電壓當(dāng)量，可以表示為UT = kT/q，T=t+273，其中t為攝氏溫度，q是單位電子的電荷量=1.6021892×10-19C；k為玻耳茲曼常數(shù)，k=1.3806505×10-23J/K，在室溫27°C左右時(shí)，即T=300 K，溫度電壓當(dāng)量為UT≈26 mV。

注意：由于UD/UT≈0.7V/26 mV≈27，那么e^27是一個(gè)很大的數(shù)字，減一后約等于e^27即e^UD/UT

二極管的伏安特性曲線如下：

圖3

二極管的交流分析

1、動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)分析是直流電源E和交流信號(hào)源ui共同作用的結(jié)果，它是在一個(gè)固定的直流電壓UD（0.7V）和電流ID(即靜態(tài)工作點(diǎn)Q)的基礎(chǔ)上，由交流信號(hào)ui引起特性曲線在Q點(diǎn)附近的一小段電壓uD（小寫(xiě)電壓u）和電流iD（小寫(xiě)電流i）的變化產(chǎn)生的。若該交流信號(hào)ui是低頻，而且幅度很小(通常稱低頻小信號(hào))，則由此引起的電流變化量也很小，這一小段特性曲線可以用通過(guò)Q點(diǎn)的切線來(lái)等效。

圖4

圖4(a)二極管交流通路，(b)二極管交流伏安特性和動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)Q

若在Q點(diǎn)的基礎(chǔ)上外加微小的低頻信號(hào)ui，二極管兩端的電壓變化量△uD和電流變化量△iD，如圖4(b)中所標(biāo)注，則此時(shí)的二極管可等效成一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd，根據(jù)二極管的電流方程可得

可見(jiàn)rd是用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的切線斜率的倒數(shù)，如圖4(b)中Q點(diǎn)切線倒數(shù)。Q點(diǎn)在伏安特性曲線上的位置不同，rd的數(shù)值將不同，故此它是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd。根據(jù)二極管的電流方程

其中：iD為二極管的電流，IS為二極管的最大反向飽和電流，二極管外加反向電壓時(shí)微小的電流值；e為自然常數(shù)，約為2.71828；uD為二極管兩端動(dòng)態(tài)電壓=UD（直流電壓約0.7V）+ud（二極管交流電壓），uD不再是0.7V；UT為二極管的溫度電壓當(dāng)量（見(jiàn)（1））。

可得：

其中：△uD為二極管兩端的電壓變化量；△iD為二極管兩端的電流變化量；duD為二極管某點(diǎn)的電壓；diD為二極管某點(diǎn)的電流；IS為二極管的最大反向飽和電流，二極管外加反向電壓時(shí)微小的電流值；e為自然常數(shù)，約為2.71828；uD為二極管兩端動(dòng)態(tài)電壓=UD（直流電壓約0.7V）+ud（二極管交流電壓），uD不再是0.7V；UT為二極管的溫度電壓當(dāng)量（見(jiàn)（1））。

由（2）式可知，由于ud（二極管交流電壓）非常小，那么uD可以近似看做UD，則（2）式可以變換為

把（1）式帶入（3）式中，可以得到

其中：UT為二極管的溫度電壓當(dāng)量，在室溫27°C時(shí)，即T=300 K，UT≈26 mV（見(jiàn)（1））；ID為靜態(tài)工作點(diǎn)二極管直流電流

通過(guò)（4）式說(shuō)明，只需要知道靜態(tài)工作點(diǎn)二極管直流電流，就可以知道在室溫27°C時(shí)的動(dòng)態(tài)電阻大小。靜態(tài)電流ID越大，rd將越小。反之，則rd將越大。

例題1：二極管電路如圖5所示。設(shè)E=10V，ui=0.1sinωt(V)，R=5KΩ，二極管的導(dǎo)通電壓為0.7V，試求二極管的直流電流和交流小信號(hào)電流。

圖5

答：令ui=0，得到直流電流所流經(jīng)的路徑（稱為直流通路）如圖6所示。故流過(guò)二極管的直流電流為：

圖6

再令E=0，得到交流電流所流經(jīng)的路徑（稱為交流通路）如圖7所示，圖中的交流電阻rd即

圖7

故二極管上的交流電流為：

例題分析：已知二極管的ID=1～10A，常溫下UT=26mV，試求出二極管兩端電壓UD為0.7V時(shí)的直流電阻RD和交流電阻rd。