二极管的直流等效电路和微变等效电路

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

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：

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

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

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。

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。
$I_D$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。$I_D$为静态电流，对应的$I_D=\frac{U-U_d}{R}$

（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：

此时 $i_d=\frac{U_i}{r_d+R}$，$r_d$的值通过$r_d=\frac{I_D}{U_T}$可以计算出来。
因此总的电流为交流电流+直流电流。
$$i_D=i_d+I_D=\frac{U_i}{r_d+R}+\frac{U-U_d}{R}$$ $$U_R=\frac{U_i}{r_d+R}\times R+(U-U_d)$$
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。

补充知识：
$I_D$-为直流分量；$i_d$为交流分量（下角标如果也是小写的化，表示纯交流）；
$I_d$交流有效值；$i_D$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。

稳压二极管的主要参数

$U_z$:稳定电压，稳定工作时保持的电压。
$I_z$: 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。

$\alpha$： 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）