1.3　二极管电路的分析方法

二极管是一个非线性器件，含有二极管的电子电路属于非线性电路，不能直接采用线性电路解析方法求解。对于二极管电路要想找到一个精确求解的解析方法是很困难的。但是，可以根据具体情况，选择不同的近似求解方法。

1.3.1　图解分析法

图解分析法适用于已知二极管伏安特性曲线的电路，它是利用非线性方程组作图求解的方法。这里以图1.13为例说明其求解步骤。

①从电路中单独抽出二极管，将电路分成线性和非线性（即二极管）两部分，并假设非线性部分的伏安特性曲线是已知的。

②建立线性部分（或戴维南等效电源）的线性方程UD=E-IDR。可见，它为直线方程，故称为直流负载线方程。

③在非线性特性曲线坐标中做出直流负载线，如图1.14所示。

④确定直流负载线与二极管特性曲线交点Q的坐标值。

只要作图准确，求解可以满足工程近似估算的要求。非线性电路的图解分析法具有明显的局限性。首先，必须已知器件的伏安特性曲线，需要先行测绘；其次，当非线性器件不止一个时，图解分析法就比较困难了。

1.3.2　简化模型分析法

二极管指数规律的伏安特性也是一种指数电路模型，但这种非线性数学模型只能利用计算机分析求解。因此，必须建立简化的电路模型以适合手工计算的需要，即将非线性特性近似为线性特性。

1.理想二极管模型

理想二极管的伏安特性曲线如图1.15所示。即正向导通时，正向压降为零；反向截止时，反向电流为零。

当等效电源电压E远大于实际二极管上的正向压降UD时，采用此模型可以满足工程估算的（误差小于10％）要求。

2.恒压降二极管模型

该模型的特点是将二极管正向导通电压（UD（on））视为已知常数（如硅管为0.7V，锗管为0.3V），反向电流为零。其伏安特性曲线如图1.16所示。不过，这只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。该模型比较接近实际二极管的特性，因此应用也较广。

当二极管正向电流较大时，选用此模型较好。

3.折线模型

当二极管的电流变化范围较大时，采用折线模型可以满足较高的精度要求。二极管折线模型的伏安特性曲线如图1.17所示。

然而，当二极管的电流变化范围较小时，折线模型又将会带来较大的误差。

4.小信号交流微变模型

当二极管上的电压变化甚小，引起二极管电流变化不大时，采用微变模型可以近似计算电压、电流的变化量。二极管微变模型就是在直流工作点Q处的交流电阻rd，如图1.18所示。

二极管的交流电阻rd定义为：二极管在其工作点Q处的电压变化量与电流变化量之比，即

根据式（1.3.1）可得

式中，UT为温度电压当量，当热力学温度T=300K（即27℃）时，UT≈26mV。

【例1.1】　如图1.19（a）所示的电路。设R=100Ω，当E增大0.1V时，求二极管上的电压降uO和流过二极管上的电流iO各增大多少。

解：首先，分析该电路的静态电路，如图1.19（b）所示。

IOQ=（E-0.7）/R=（1.5-0.7）/100A=8mA

再分析微变电路，如图1.19（c）所示。

rd=UT/IOQ=26/8Ω=3.25Ω

ΔuO=ΔE·rd/（R+rd）=0.1×3.25/（100+3.25）V≈3.15mV

ΔiO=ΔE/（R+rd）≈ΔuO/rd=3.15/3.25mA≈0.97mA

必须指出：直流与交流分开处理的前提条件是在Q点附近做微小变化。变化量是在工作点直流量基础上的变化，但与直流量不是线性叠加关系。线性叠加原理对各个激励没有先后之分，而在微小变化分析中，必须在先做直流分析后再做交流分析。

综上所述，二极管线性化模型分析方法，是非线性电子电路常用的分析法。根据器件工作情况和近似程度的要求，合理地选择器件的电路模型是分析电子电路的首要环节。采取这种“具体情况具体分析”的近似模型分析方法，完全是为了简化“手工”计算。随着计算机技术的发展，根据电子器件的非线性模型研制的电子电路各种仿真软件，已得到广泛应用。它们不仅克服了“手工”计算的局限性，还可以实现电子电路分析与设计的自动化。