二极管的应用(yòng)| 整流器，削波器，反向電(diàn)流保护

2021-05-17

二极管的应用(yòng)| 整流器，削波器，反向電(diàn)流保护

在本二极管教程中，我们将看到二极管的一些常见应用(yòng)。作為(wèi)最简单的半导體(tǐ)组件，二极管在现代電(diàn)子系统中具有(yǒu)广泛的应用(yòng)。各种電(diàn)子電(diàn)路均使用(yòng)此组件作為(wèi)产生所需结果的必要设备。

我们知道，二极管仅允许電(diàn)流在一个方向上流动，因此它可(kě)以用(yòng)作单向开关。二极管由P和N型材料制成，并具有(yǒu)两个端子，即阳极和阴极。可(kě)以通过控制施加在这些端子上的電(diàn)压来操作该设备。

当施加到阳极的電(diàn)压相对于阴极為(wèi)正时，二极管称為(wèi)正向偏置。如果施加到二极管的電(diàn)压大于阈值電(diàn)平（通常对于硅二极管约為(wèi)0.6V），则二极管起短路作用(yòng)并允许電(diàn)流流过。

如果改变電(diàn)压的极性，即使阴极相对于阳极為(wèi)正，则称其為(wèi)反向偏置并充当开路。结果，没有(yǒu)電(diàn)流流过。

二极管的应用(yòng)领域包括通信系统，如限幅器，限幅器，门；计算机系统，如逻辑门，钳位器；整流器和逆变器等電(diàn)源系统；電(diàn)视系统，用(yòng)作鉴相器，限幅器，钳位器；雷达電(diàn)路，如增益控制電(diàn)路，参数放大器等。以下描述简要描述了二极管的各种应用(yòng)。

二极管的一些常见应用(yòng)

在研究二极管的各种应用(yòng)之前，让我们快速浏览一下二极管的一小(xiǎo)部分(fēn)常见应用(yòng)。

整流器

快船電(diàn)路

钳位電(diàn)路

反向電(diàn)流保护電(diàn)路

在逻辑门

電(diàn)压倍增器

还有(yǒu)很(hěn)多(duō)。现在让我们更详细地了解二极管的每种应用(yòng)。

二极管作為(wèi)整流器

二极管最常见，最重要的应用(yòng)是将交流電(diàn)整流為(wèi)直流電(diàn)。使用(yòng)二极管，我们可(kě)以构建不同类型的整流器電(diàn)路。这些整流器電(diàn)路的基本类型是半波，全波中心抽头和全桥式整流器。大多(duō)数功率转换应用(yòng)中使用(yòng)单个二极管或四个二极管的组合。下图显示了整流器中二极管的工作情况。

在输入電(diàn)源的正半周期内，使阳极相对于阴极為(wèi)正。因此，二极管正向偏置。这导致電(diàn)流流向负载。由于负载是電(diàn)阻性的，因此负载電(diàn)阻器两端的電(diàn)压将与電(diàn)源電(diàn)压相同，即，输入正弦電(diàn)压将出现在负载处（仅正周期）。负载電(diàn)流与施加的電(diàn)压成正比。

在输入正弦波的负半周期内，使阳极相对于阴极為(wèi)负。因此，二极管反向偏置。因此，没有(yǒu)電(diàn)流流向负载。電(diàn)路开路，负载两端无電(diàn)压。

负载侧的電(diàn)压和電(diàn)流均為(wèi)极性，表示输出電(diàn)压為(wèi)脉动直流電(diàn)。通常，该整流電(diàn)路具有(yǒu)一个跨接在负载两端的電(diàn)容器，以产生稳定且连续的直流電(diàn)流，而不会产生任何波动。

削波電(diàn)路中的二极管

削波電(diàn)路用(yòng)在FM发射器中，在该发射器中，噪声峰值被限制為(wèi)特定值，以便从中去除过多(duō)的峰值。削波器電(diàn)路用(yòng)于在不干扰输入波形的其余部分(fēn)的情况下延迟超过预设值的電(diàn)压。

根据電(diàn)路中的二极管配置，这些削波器分(fēn)為(wèi)两种类型：

系列飞剪机

分(fēn)流快船

此外，这些又(yòu)被分(fēn)类為(wèi)不同的类型。

上图显示了正向串联钳和并联钳。使用(yòng)这些削波器電(diàn)路，将消除输入電(diàn)压波形的正半个周期。在正串联削波器中，在输入的正周期内，二极管反向偏置，因此输出端的電(diàn)压為(wèi)零。

因此，正半周期在输出端被截断。在输入的负半个周期内，二极管被正向偏置，并且负半个周期出现在输出两端。

在正并联削波器中，二极管在正半周期内被正向偏置，因此当二极管用(yòng)作闭合开关时，输出電(diàn)压為(wèi)零。在负半周期内，二极管反向偏置并充当开路开关，因此整个输入電(diàn)压会出现在输出两端。使用(yòng)以上两个二极管削波器，输入的正半周期被削波在输出处。

钳位電(diàn)路中的二极管

钳位電(diàn)路用(yòng)于将输入信号的正或负峰值移位或更改為(wèi)所需電(diàn)平。该電(diàn)路也称為(wèi)電(diàn)平转换器或直流恢复器。这些钳位電(diàn)路可(kě)以為(wèi)正，也可(kě)以為(wèi)负，具體(tǐ)取决于二极管的配置。

在正钳位電(diàn)路中，负峰值向上升高，因此负峰值落在零電(diàn)平上。在负钳位電(diàn)路的情况下，正峰被钳位，以使其向下推动，使正峰落在零電(diàn)平上。

请看下图，以了解二极管在钳位電(diàn)路中的应用(yòng)。在输入的正半周期内，二极管反向偏置，因此输出電(diàn)压等于输入電(diàn)压和電(diàn)容器電(diàn)压之和（考虑到電(diàn)容器最初已充電(diàn)）。在输入的负半周期内，二极管会被正向偏置并充当闭合开关，因此電(diàn)容器会充電(diàn)至输入信号的峰值。

逻辑门中的二极管

二极管还可(kě)以执行数字逻辑运算。逻辑开关的低阻抗状态和高阻抗状态分(fēn)别类似于二极管的正向和反向偏置状态。因此，二极管可(kě)以执行诸如AND，OR等的逻辑运算。尽管二极管逻辑是一种较早的方法，但存在一些局限性，但在某些应用(yòng)中会使用(yòng)这些逻辑。大多(duō)数现代逻辑门基于MOSFET。

下图显示了使用(yòng)一对二极管和一个電(diàn)阻器实现的或门逻辑。

在上面的電(diàn)路中，输入電(diàn)压施加在V上，通过控制开关，我们在输出端获得OR逻辑。此处逻辑1表示高電(diàn)压，逻辑0表示零電(diàn)压。当两个开关均处于断开状态时，两个二极管均处于反向偏置状态，因此输出Y的電(diàn)压為(wèi)零。当任一开关闭合时，二极管变為(wèi)正向偏置，结果输出為(wèi)高。

倍压電(diàn)路中的二极管

電(diàn)压倍增器由两个或更多(duō)个二极管整流器電(diàn)路组成，这些二极管整流器電(diàn)路级联产生直流输出電(diàn)压，该直流输出電(diàn)压等于施加的输入電(diàn)压的倍数。这些乘法器電(diàn)路具有(yǒu)不同的类型，例如倍压器，三倍器，四倍频器等。通过将二极管与電(diàn)容器结合使用(yòng)，我们可(kě)以在输出端获得输入峰值電(diàn)压的奇数或偶数倍。

上图显示了一个半波電(diàn)压倍增器電(diàn)路，其直流输出電(diàn)压是峰值输入交流電(diàn)压的两倍。在交流输入的正半周期间，二极管D1正向偏置，而D2反向偏置。因此，電(diàn)容器C1充電(diàn)至通过二极管D1的输入的峰值電(diàn)压Vm。在交流输入的负半周期内，D1被反向偏置，D2被正向偏置。因此，電(diàn)容器C2开始通过D2和C1充電(diàn)。因此，C2两端的总電(diàn)压等于2Vm。

在下一个正半周期内，二极管D2被反向偏置，因此電(diàn)容器C2将通过负载放電(diàn)。同样，通过级联整流器電(diàn)路，我们将在输出端获得输入電(diàn)压的多(duō)个值。

反向极性保护中的二极管

必须使用(yòng)反极性或電(diàn)流保护，以避免由于错误地连接電(diàn)池或颠倒直流電(diàn)源的极性而造成的损坏。電(diàn)源的这种意外连接会导致大量電(diàn)流流过電(diàn)路组件，这可(kě)能(néng)会导致其故障或在最坏的情况下导致爆炸。

因此，保护或隔离二极管与输入的正极串联连接，以避免反向连接问题。

上图显示了反向電(diàn)流保护電(diàn)路，其中二极管与電(diàn)池電(diàn)源正极的负载串联连接。如果极性连接正确，则二极管会正向偏置，并且负载電(diàn)流会流过该二极管。但是，如果连接错误，则二极管会反向偏置，这不允许任何電(diàn)流流向负载。因此，保护了负载免于反极性。

抑制電(diàn)压尖峰的二极管

在電(diàn)感器或電(diàn)感性负载的情况下，由于電(diàn)源中存储的磁场能(néng)量，突然取下電(diàn)源会产生更高的電(diàn)压。電(diàn)压的这些意外尖峰可(kě)能(néng)会对其余電(diàn)路组件造成相当大的损害。

因此，二极管跨接在電(diàn)感器或電(diàn)感性负载两端，以限制较大的電(diàn)压尖峰。这些二极管在不同的電(diàn)路中也有(yǒu)不同的称呼，例如缓冲二极管，反激二极管，抑制二极管，续流二极管等。

在上图中，续流二极管跨接在電(diàn)感负载上，用(yòng)于抑制電(diàn)感器中的電(diàn)压尖峰。当开关突然断开时，電(diàn)感器中会产生一个電(diàn)压尖峰。因此，续流二极管為(wèi)電(diàn)流的流动提供了一条安全的路径，以释放尖峰脉冲所提供的電(diàn)压。

太阳能(néng)電(diàn)池板中的二极管

用(yòng)于保护太阳能(néng)電(diàn)池板的二极管称為(wèi)旁路二极管。如果太阳能(néng)電(diàn)池板出现故障或被落叶，积雪(xuě)和其他(tā)障碍物(wù)损坏或遮挡，则总输出功率会降低并引起热点损坏，因為(wèi)其余電(diàn)池的電(diàn)流必须流过该故障或遮挡的電(diàn)池并导致过热。旁路二极管的主要功能(néng)是保护太阳能(néng)電(diàn)池免受此热点问题的困扰。

上图显示了太阳能(néng)電(diàn)池中旁路二极管的连接。这些二极管与太阳能(néng)電(diàn)池并联连接，从而限制了不良太阳能(néng)電(diàn)池上的電(diàn)压，并允许電(diàn)流从优质太阳能(néng)電(diàn)池流向外部電(diàn)路。因此，通过限制流过不良太阳能(néng)電(diàn)池的電(diàn)流来减少过热问题。