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行業新聞News
原來我不懂二極管…
2019.11.25

用了很久二極管了,我以為我是比較懂二極管的,可是,今天老大問我:

(1)為什么在DC-DC的輸出端功率電感的旁邊要加個二極管?

(2)為什么非得是肖特基二極管比較好?

額,額,“整流?”“穩壓?”還是“檢波?”我凌亂了...好吧,我答不上來了…

原來我不懂二極管…

于是,有了下文,惡補基礎,基礎薄弱則行之不遠啊~

1、何為“二極管”?

二極管就是電流的一個單向門(在火車站進出站里最常見,只能單方面通行...),當二極管的陽極相對于陰極的的電壓為正時,則叫“正向偏置”,并且這個正向偏置電壓要大于二極管它自己本身制造材料所決定的導通電壓,二極管才允許電流你過去;反之,當極性相反(又叫“反向偏置”)或者正向偏置電壓小于導通電壓,這兩種情況下,二極管是不會允許電流通過的。

從根本上講,如果你明白PN結,那好辦多了,二極管里面就是一個PN結。

2、二極管的兩兄弟

根據制造材料不一樣,二極管可分為硅二極管和鍺二極管

(1)硅二極管

導通電壓0.6V~0.7V, 至少需要0.6V,散熱能力要比鍺二極管強;

(2)鍺二極管

導通電壓0.2V~0.3V,至少需要0.2V,散熱能力不如硅二極管,當發熱溫度超過85度,鍺二極管將失效不可用。

3、二極管的命名

通常,在應用中,我們會直接讓二極管的名稱就表明了它的用途。如:

(1)整流二極管:對通過的大電流或高電壓進行整流;型號如1N4001,~1N4007,1N5002,50006,5008等;

(2)開關二極管:當成一個開關用,當滿足一定條件時就開,反之關;型號如1N914;

(3)檢波二極管:對信號進行檢波;型號如1N4148,1N4445,1N34A,1N67A,1N191等;

(4)穩壓二極管:此種二極管又叫齊納二極管,特性是直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻,在擊穿點上則電阻很小,此時即使電流增加,只要不超過極限電流值,電壓會保持恒定值。所以它是反向使用,用作穩壓的;擊穿電壓通常就是它的穩定電壓,型號如:1N5225B,1N4733A,1N4739A等;

(5)肖特基二極管:這個二極管很特殊,它不是一般的硅二極管或者鍺二極管,由一個叫肖特基的人發明,所以為紀念他而取此名。由兩個很重要的特性:一是結電壓閾值可低至0.15V,通常大一些是0.4V多一些。二是具有極低的結電容和更快的開關速度(10ns);所以它可以檢測到普通二極管無法檢測的低電壓高頻率信號。同時,又因為它產生的熱量較少,因而需要的散熱器也小,所以通常應用在電源產品中。型號如:1N5817581858195822,1N6263等;

(6)變容二極管:顧名思義,變容,它的結電容是隨著反向電壓的改變而改變的。變容二極管的可變范圍通常是幾PF到100PF。通常用于限制高頻率的射頻電路中,用所加的電壓來改變其電容,從而改變振蕩器的頻率。當時做發射機時便用上了它。

4、二極管的用途

4.1 最常用的——反向極性保護:

為了防反接電源,燒壞芯片,通常是反向接一個二極管,有兩種連接方式:

(1)串聯連接:二極管必須通過全部負載電流,消耗掉0.6V的電壓,減小了儀器的工作時間;所以要根據電路的電流大小選擇二極管;

(2)并聯連接:一旦反接,電流就會從二極管這個回路流過,不會流去主電路。這個方法的缺點是:電流很大,所以要選擇適合功率和電流的二極管。

串聯二極管

并聯二極管

4.2 最危險的用途——抑制瞬態

根據法楞次定律可知,當流經一個電感的電流突然被關斷后,突然消失的磁場會在電感線圈上產生一個很高電壓的脈沖,電壓幅值高達幾百伏甚至上千伏,如果不加以疏通的話,電感所在回路將很容易受到傷害。如果此時將一個二極管并聯在電感兩側,那么二極管為高壓脈沖提供了短路通道,從而保護了相鄰的電路。一般用在開關電源、繼電器和電動機上。如下圖所示:

通常選擇足夠功率容量的整流二極管或者肖特基二極管。如上圖就是肖特基二極管。

肖特基二極管價格貴些,但是反應液快些。注意無論何種二極管,一定要充分估量高脈沖的電壓,所選二極管能夠對付得來。這活還是比較危險的。

4.3 最好玩的用途——進行箝位

由于二極管有個導通電壓,一般是硅二極管的話就是0.6V, 所以,可以同時增加一個反向的二極管在信號波形的正向和負向上進行箝位,舉例如下:

輸入信號的幅值一旦比VCC高0.2或0.6V以上的話,會直接流向正電源端;一旦比VEE小0.2V或0.6V以上的話, 會直接流向負電源端,從而保護了運放的輸入端。其他電路類似如此原理。

4.4 最廣泛的用途——整流

整流是充分低利用了二極管的單向導電性。通過阻塞波形的負半周把交流信號轉換為脈動的直流信號。通常是與電容一起聯合使用,二級管串聯,電容并聯,電容的作用是通過充放電使得輸出脈沖更加平滑,更趨近直流,是為濾波電容。根據需要,分為半波整流和全波整流。下面是半波整流的舉例:

4.5 最想不到的用途——倍壓

在接觸了箝位的用途后,二極管最讓我想不到的地方便是,與電容聯合使用還可以倍壓的。

僅需要兩個電容和兩個二極管,輸出端便可以得到輸入信號的兩倍幅值的電壓。舉例如下圖:

當然,前提是輸入信號是交流信號。在輸入信號的負半周,D1導通,給C1充電至峰值電壓Vin,然后在下一個正半周,D2導通,給C2充電,由于之前C1已經充至Vin電壓,所以C2上的電壓為變壓器A邊的峰值電壓Vin 加上C1存儲的電壓的總和,就是2Vin.在下一個負半周,D2不導通,C2將對負載放電。所以得到了2倍的輸入電壓。是為倍壓。

4.6 最怪異的用途——穩壓

我一開始覺得穩壓二極管很怪,因為它是反著用的,正負顛倒使用,居然不會燒掉,等后來看書知道它的工作原理后便釋然了。它也不容易啊。原理已在上面講過,所以不贅述。

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