11.6 : Kleinsignaldiodenmodell

Bei der Analyse des Verhaltens von Dioden in Schaltkreisen ist die Beziehung zwischen dem Strom durch eine Diode und der Spannung über ihr von besonderem Interesse, insbesondere wenn man die Wirkung einer Gleichstromvorspannung (DC) betrachtet. Wenn diese DC-Vorspannung angelegt wird, beeinflusst sie den Betriebspunkt der Diode, den sogenannten Q-Punkt, um den herum die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V) der Diode ein exponentielles Verhalten zeigt. Die Einführung eines kleinen, zeitabhängigen Signals zusätzlich zu dieser Vorspannung hilft bei der Untersuchung der Reaktion der Diode auf Schwankungen um diesen Q-Punkt herum.

Wenn die Amplitude dieser zusätzlichen Signalspannung erheblich kleiner bleibt als die thermische Spannung (V_T) der Diode, kann die Reaktion der Diode über einen kurzen Abschnitt ihrer Kennlinie als linear angenähert werden. Dieses Szenario, das als Kleinsignalnäherung bezeichnet wird, vereinfacht die komplexe exponentielle Beziehung zu einer besser handhabbaren linearen Beziehung, wodurch der gesamte momentane Diodenstrom (i_D) als Summe des konstanten Vorspannungsstroms i_D(DC) und des variierenden Signalstroms i_D(AC) betrachtet werden kann.

Das Maß, das den Signalstrom mit der Signalspannung verbindet, wird in Bezug auf die Leitfähigkeit ausgedrückt, gemessen in mhos, und wird als Dioden-Kleinsignalleitfähigkeit bezeichnet. Es ist die Steigung der Tangente an die I-V-Kurve am Q-Punkt. Umgekehrt ist der Kleinsignal- oder inkrementelle Widerstand (r_d) der Diode die Umkehrung ihrer Leitfähigkeit. Er misst den Widerstand der Diode gegenüber kleinen Stromänderungen und wird berechnet, indem die thermische Spannung durch den Vorspannungsstrom geteilt wird.

Diese Parameter sind für die Entwicklung und Analyse von Schaltkreisen mit Dioden von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Anwendungen, die eine präzise Kontrolle der Signalverstärkung oder -dämpfung erfordern.