你了解“二极管”吗?

发表于 2019-07-18 15:02:41 收藏 已收藏
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你了解“二极管”吗?

发表于 2019-07-18 15:02:41
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1、何为“二极管”?

二极管就是电流的一个单向门(在火车站进出站里最常见,只能单方面通行...),当二极管的阳极相对于阴极的的电压为正时,则叫“正向偏置”,并且这个正向偏置电压要大于二极管它自己本身制造材料所决定的导通电压,二极管才允许电流你过去;反之,当极性相反(又叫“反向偏置”)或者正向偏置电压小于导通电压,这两种情况下,二极管是不会允许电流通过的。

从根本上讲,如果你明白PN结,那好办多了,二极管里面就是一个PN结。

2、二极管的两兄弟

根据制造材料不一样,二极管可分为硅二极管和锗二极管

(1)硅二极管

导通电压0.6V~0.7V, 至少需要0.6V,散热能力要比锗二极管强;

(2)锗二极管

导通电压0.2V~0.3V,至少需要0.2V,散热能力不如硅二极管,当发热温度超过85度,锗二极管将失效不可用。

3、二极管的命名

通常,在应用中,我们会直接让二极管的名称就表明了它的用途。如:

(1)整流二极管:对通过的大电流或高电压进行整流;型号如1N4001,~1N4007,1N5002,50006,5008等;

(2)开关二极管:当成一个开关用,当满足一定条件时就开,反之关;型号如1N914;

(3)检波二极管:对信号进行检波;型号如1N4148,1N4445,1N34A,1N67A,1N191等;

(4)稳压二极管:此种二极管又叫齐纳二极管,特性是直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻,在击穿点上则电阻很小,此时即使电流增加,只要不超过极限电流值,电压会保持恒定值。所以它是反向使用,用作稳压的;击穿电压通常就是它的稳定电压,型号如:1N5225B,1N4733A,1N4739A等;

(5)肖特基二极管:这个二极管很特殊,它不是一般的硅二极管或者锗二极管,由一个叫肖特基的人发明,所以为纪念他而取此名。由两个很重要的特性:一是结电压阈值可低至0.15V,通常大一些是0.4V多一些。二是具有极低的结电容和更快的开关速度(10ns);所以它可以检测到普通二极管无法检测的低电压高频率信号。同时,又因为它产生的热量较少,因而需要的散热器也小,所以通常应用在电源产品中。型号如:1N5817\5818\5819\5822,1N6263等;

(6)变容二极管:顾名思义,变容,它的结电容是随着反向电压的改变而改变的。变容二极管的可变范围通常是几PF到100PF。通常用于限制高频率的射频电路中,用所加的电压来改变其电容,从而改变振荡器的频率。当时做发射机时便用上了它。

4、二极管的用途

4.1 最常用的——反向极性保护:

为了防反接电源,烧坏芯片,通常是反向接一个二极管,有两种连接方式:

(1)串联连接:二极管必须通过全部负载电流,消耗掉0.6V的电压,减小了仪器的工作时间;所以要根据电路的电流大小选择二极管;

(2)并联连接:一旦反接,电流就会从二极管这个回路流过,不会流去主电路。这个方法的缺点是:电流很大,所以要选择适合功率和电流的二极管。

串联二极管

并联二极管

4.2  最危险的用途——抑制瞬态

根据法楞次定律可知,当流经一个电感的电流突然被关断后,突然消失的磁场会在电感线圈上产生一个很高电压的脉冲,电压幅值高达几百伏甚至上千伏,如果不加以疏通的话,电感所在回路将很容易受到伤害。如果此时将一个二极管并联在电感两侧,那么二极管为高压脉冲提供了短路通道,从而保护了相邻的电路。一般用在开关电源、继电器和电动机上。如下图所示:

通常选择足够功率容量的整流二极管或者肖特基二极管。如上图就是肖特基二极管。

肖特基二极管价格贵些,但是反应液快些。注意无论何种二极管,一定要充分估量高脉冲的电压,所选二极管能够对付得来。这活还是比较危险的。

4.3 最好玩的用途——进行箝位

由于二极管有个导通电压,一般是硅二极管的话就是0.6V, 所以,可以同时增加一个反向的二极管在信号波形的正向和负向上进行箝位,举例如下:

输入信号的幅值一旦比VCC高0.2或0.6V以上的话,会直接流向正电源端;一旦比VEE小0.2V或0.6V以上的话, 会直接流向负电源端,从而保护了运放的输入端。其他电路类似如此原理。

4.4  最广泛的用途——整流

整流是充分低利用了二极管的单向导电性。通过阻塞波形的负半周把交流信号转换为脉动的直流信号。通常是与电容一起联合使用,二级管串联,电容并联,电容的作用是通过充放电使得输出脉冲更加平滑,更趋近直流,是为滤波电容。根据需要,分为半波整流和全波整流。下面是半波整流的举例:

4.5  最想不到的用途——倍压

在接触了箝位的用途后,二极管最让我想不到的地方便是,与电容联合使用还可以倍压的。

仅需要两个电容和两个二极管,输出端便可以得到输入信号的两倍幅值的电压。举例如下图:

当然,前提是输入信号是交流信号。在输入信号的负半周,D1导通,给C1充电至峰值电压Vin,然后在下一个正半周,D2导通,给C2充电,由于之前C1已经充至Vin电压,所以C2上的电压为变压器A边的峰值电压Vin 加上C1存储的电压的总和,就是2Vin.在下一个负半周,D2不导通,C2将对负载放电。所以得到了2倍的输入电压。是为倍压。

4.6 最怪异的用途——稳压

我一开始觉得稳压二极管很怪,因为它是反着用的,正负颠倒使用,居然不会烧掉,等后来看书知道它的工作原理后便释然了。它也不容易啊。原理已在上面讲过,所以不赘述。

5、结局

好了,回归最开始的问题,开关电源中电感旁边的二极管作用便十分清晰明了—— 抑制瞬态,保护电感所在回路。之所以选择肖特基二极管的原因是因为肖特基二极管的反应速度更快,以及它的导通电压更低。

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