二极管的直流电路分析我们可以用理想模型,恒压降模型和折线模型去近似分析,但是这些模型仅限于我们的信号是直流的情况。如果遇到交流信号,我们该如何去分析呢?
首先我们来理解Q点的概念:
看这个Q点里的“Q”是个什么玩意,这个Q在这里的全称是:Quiescent,在英文里就是静止的,不活动的,沉寂的意思。因此这个Q点——Quiescent Point,带着英文名翻译成汉语就叫静态工作点,又叫直流工作点和偏置点。从图像上去看,这玩意在哪呢
当我们单独看二极管的伏安特性曲线的时候,看到的是一根弯弯曲曲的玩意,就是下面这张图:
很简单的一条线,上边啥也没有。但是我们去想,这根线是什么玩意,是二极管的伏安特性曲线,也就是说当我的二极管上的电压和电流的关系是满足这个曲线的。换句话来说,就是每对应一个电压,我都可以在这张图上根据我的电压去找到一个对应的电流。 这个过程体现在这跟曲线上就是找到了一个点,对不对。
我们研究二极管,就是简简单单的把二极管扔那,然后就去看,去一直盯着这玩意研究吗?肯定不行,我们研究这玩意的作用是什么,肯定是去用啊。在哪用?当然是放到一个具体的电路里。
我们把二极管放到一个很简单的电路里去研究,看下图:
这里既然是一个闭合回路,对于整个电路去说,肯定能列一个KVL方程。
我假设这里的电源为V~PS~,电阻为R,电流为I~D~,二极管电压为V~D~,那么我们可以根据KVL列一个方程:
V~PS~ = I~D~ × R+V~D~
得到 I~D~ = V~PS~ / R - V~D~ / R
从这个式子我们可以得到一个二极管在这个电路里的电流和电压的关系,如果我们把它画出来,其实这玩意就是一根直线 ,我们通常把这玩意叫做负载线。
好的,现在我们去思考,二极管在这个电路中变了没有?没有吧,他依然是一个二极管,那么既然作为二极管,势必满足二极管的伏安特性曲线,这句话没有问题。同时,二极管工作在这个电路中,势必要满足这个电路的KVL,这句话同样没有问题。那么我们的二极管工作的电流电压,既要在自己伏安特性的这根曲线上,又要满足上边这根直线,现在我们作为小学生都要知道这时候二极管的电压,电流是不是确定的,换句话来说,二极管此时就工作在这两根线相交的交点上。这个点,我们就将其作为二极管在直流状态下的静态工作点。
既然知道了Q是个啥玩意,我们该怎么去算呢?
这不是更简单,为了便于我书写,我将以图片的形式将公式放出来。
首先作为二极管,我们知道他的 二极管理想电流方程,这个方程所反应出来的,就是图中的曲线。
其次我们在上文中已经知道了直线的方程
将两个方程联立,并整理,不难得到
这个方程是一个超越方程,我们可以通过迭代法去解,其实就是一个一个代入数,找到一个很近似的解。 从而能够解出来V~D~,然后我们可以把V~D~带回原来的方程里,解出I~D~,这里推荐代入KVL方程里,因为好解。从而我们就解出了静态工作点Q点。