这本关于电力电子的笔记的结构如下：
阅读这些教程的需要电气工程的基础知识。
让我们仔细考虑一下图1所示的简单电路，它由一个二极管组成。应用三种不同类型的输入波形(正弦波、方波和锯齿波)，要求我们确定哪种情况下电流将具有与输入信号相同的形状，分别检查正向和反向极化情况。
考虑图1，vin是三种可能的输入波形之一。更准确地说，vin(t)是周期τ=2π/ω的周期函数。
图1：只有一个二极管的简单电路
以下条件决定了二极管的正向和反向极化：
此外，二极管的电压-电流特性由下式给出：
由于VT值较低(在室温下约为26mV)，即使输入电压为几伏，流过二极管的电流也会达到很高的值。我们将在仿真中使用50mV的输入信号峰值。
应用正弦输入并对i0上的电流进行归一化，我们有：
从等式(3)中，我们可以获得图2中所示的曲线图。在这里，我们可以看到电流虽然几乎是单向的，但并不具有正弦形状。
图2：正弦输入的二极管电流(归一化为i0)
电流具有图3所示的典型趋势，可以很容易地从电压-电流特性中计算出来：
图3：幅度为VM的方波
结果，我们得到了图4所示的图形。
图4：输入信号为方波时二极管中的电流
以下等式给出了输入信号：
周期为2π/ω，相关曲线如图5所示。
图5：幅度VM的锯齿波输入信号
流经二极管的归一化电流与输入信号具有相同的周期，由下式给出：
相应的图如图6所示。
图6：当输入信号为锯齿波时二极管中的电流
因此，我们可以得出结论，唯一保留的波形是方波(即使它在纵坐标轴上被平移)。
为了分析反极性情况，我们将参考图7中所示的方案。
现在，二极管的正向和反向极化发生在：
图7：反极性电路
为了得到电压-电流特性，我们必须改变等式(2)中指数参数的符号：
在正弦输入电压的情况下，我们有：
这里，我们假设三角正弦函数是奇函数。很容易相信x(t)的图形可以从与直线x=π/ω对称的直接极化图形中获得(图8)。鉴于二极管的极化状态是反转的，图表的这种“反转”趋势应该不足为奇。
图8：二极管的电流(归一化为i0)用于反极性正弦输入
这一次，假设我们被要求证明以下说法的正确性，该说法粗略地描述了二极管的电路行为：“二极管在正向极化时为短路，在反向极化时为开路”。
我们可以尝试计算二极管的电阻，假设两端的电压降已知。但是，我们必须注意，因为与其他元件(电阻、电容和电感)不同，二极管不表现出线性行为。例如，对于电阻，其大小(电阻)可以定义如下：
其中v是电压降，i是电流强度。对于给定的电阻，R是一个常数。如果我们修改v的值，则当前i会更改以保持R的相同值。然而，在二极管的情况下，这个比率取决于v。为了在操作上定义类似于欧姆电阻的量，我们可以从电压-电流特性中获得电压v。之后，我们可以计算出这个函数的导数：
因此，我们定义了二极管的微分电阻。由式(11)可知，r随正向偏压压降v呈指数下降，随反向极化中|v|的增加而呈指数级上升。这证明了文本的主张。图9显示了室温下反向饱和电流为5µA的二极管的r与v的函数关系图。
图9：作为v函数的微分电阻。注意反向极化的快速增加
在本教程中，我们会将[4]中描述的说法推广到所有半导体，根据该说法，对于锗(Ge)和硅(Si)，温度每升高10°C，反向饱和电流就会增加一倍。
我们先回忆一下二极管的电压-电流特性：
假设i0与温度无关是一个近似值，因为i0取决于给定温度T下处于热力学平衡的载流子(电子和空穴)的浓度。这意味着i0取决于T。
[4]中描述的经验法则如下：
等式(13)对Ge和Si半导体有效。更广泛地，我们可以这样写：
其中a是≥2的实数。经过简单的步骤，我们得到以下内容：
因此我们可以得出结论，对于任何半导体，反向饱和电流随温度呈指数增加。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：Scientific Notes on Power Electronics: differential resistance and reverse saturation current，由Ricardo Xie编译。)
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