二极管箝位电路
二极管钳位电路
所谓钳位，就是把输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压，而不改变信号。
钳位电路
(1)功能：将输入讯号的位准予以上移或下移，并不改变输入讯号的波形。
(2)基本元件：二极管D、电容器C及电阻器R（直流电池VR）。
(3)类别：负钳位器与正钳位器。
(4)注意事项
D均假设为理想，RC的时间常数也足够大，不致使输出波形失真。
任何交流讯号都可以产生钳位作用。
负钳位器
(1)简单型
工作原理
V i正半周时,DON,C充电至V值,V o=0V。
V i负半周时，DOFF，Vo=－2V。
(2)加偏压型
工作原理
V i正半周时，二极管DON，C被充电至V值（左正、右负），Vo=+V1(a)图或－
V
(b)图。
1
V i负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，V o=V C+V i（负半周）=2V。几种二极管负钳位器电路比较
正钳位器
(1)简单型
工作原理
V i负半周时，DON，C充电至V值（左负、右正），V o=0V。
V i正半周时，DOFF，V o=V C+V i（正半周） =2V。
(2)加偏压型
判断输出波形的简易方法
1. 由参考电压V
决定输出波形于坐标轴上的参考点。
1
2 .由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为，
则波形必须向上移动；若二极管的方向为，则波形必须往下移动。
3 决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。
几种二极管正钳位器电路比较
完整版二极管7种应用电路详解
极管7种应用电路详解之一 许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它 在电路中的应用 第一反应是整流， 对二极管的其他特性和应用了解不多， 认识上也认为掌握了二极管的 单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路， 实际上这样的想法是错误的， 而且在某种程度上是害 了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析， 许多二极管电路无法用单向导电 特性来解释其工作原理。 二极管除单向导电特性外， 还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二 极管所构成电 路的工作原理， 而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路， 例如二极管构成的 简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。 941二极管简易直流稳压电路及故障处理 二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中， 由于电路简单，成本低，所以 应用比较广泛。 二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。 二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是 0.6V 左右，对锗二极管而言是 0.2V 左右。 如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的 VD1、VD2和VD3 是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。 图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路 1 ?电路分析思路说明 分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难 了。 关于这一电路的分析思路主要说明如下。 (1) 从电路中可以看出 3只二极管串联，根据串联电路特性可知， 这3只二极管如果导通会同时导通， 如果截止 会同时截止。 (2) 根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还 是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。从电路中可以看出，在 VD1正极通过电阻 R1接电路中 的直流工作电压+V , VD3的负极接地，这样在 3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。由此分 析可知，3只二 极管VD1、VD2和VD3是在直流工作电压+V 作用下导通的。 (3) 从电路中还可以看出，3只二极管上没有加入交流信号电压， 因为在VD1正极即电路中的 A 点与 地之间接 有大容量电容 C1,将A 点的任何交流电压旁路到地端。 2 ?二极管能够稳定直流电压原理说明 电路中，3只二极管在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定 了电路中A 点的直流电压。 众所周知，二极管内部是一个 PN 结的结构，PN 结除单向导电特性之外还有许多特性，其中 !￡ mime i-yAn^Of
限幅与钳位电路分析
欢迎光临实用电子技术网愿你在这里有所收获！ 实用电子技术网 返回电子知识 限幅与箝位电路 一、限幅电路 图一是二极管限幅电路，电路（a）是并联单向限同上电路，电路（b）是串联单向限幅电路；电路（C)是双向限幅电路，三种电路的工作原理相同，现以电路（C）说明：分析电路原理时认为二极管的正向电阻Rf为零反向电阻Rr为无限大，当Ui>E1时，D1导通，则Uo=E1；反之，当Ui 图三、任意电平箝位电路 箝位电路可以把信号箝位于某一固定电平上，如图三（a）电路，当输入Ui=0期间，D截止，Uo=-Eo；而当输入Ui突变到Um瞬间，电容C相当短路，输出Uo由-Eo突变至Um，这时D截止，C经R及Eo充电，但充电速度很慢，使Uo随C充电稍有下降；当Ui从Um下降为零瞬间，Uo也负跳幅值Um，此时D导通，C放电很快，因此输出信号起始电平箝位于-Eoo同理，电路（b）的输出信号箝位于Eoo值得注意的是，箝位电路不仅使输出信号的起始电平箝位于某一电平，而且能使输出信号的顶部电平箝位于某一数值，电路元件估算公式如下： -------------------------------------------------式一 式中：Rf、Rr为二极管正向、反向电阻。箝位电路的电容量为： C= ---------------------------------------------------------------式二 式中：C′≤T ρ/3Rs+Rf C″≥100（Tr/R) 其中Tp为输入脉冲信号持续期，Tr为间歇期，Rs为输入信号源内阻。要选用正、反电阻相差大的二极管，如要求变化速度快及反向 恢复时间短，则选硅二极管如2CK型为宜，若要求箝位靠近零电平，则选锗二极管2AK型为合适。 半导体二极管及其应用电路 1．半导体的特性 自然界中的各种物质,按导电能力划分为:导体、绝缘体、半导体。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。它具有热敏性、光敏性（当守外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化）和掺杂性(往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显变化)。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同性能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。 2．半导体的共价键结构 在电子器件中,用得最多的材料是硅和锗,硅和锗都是四价元素,最外层原子轨道上具有4个电子,称为价电子。每个原子的4个价电子不仅受自身原子核的束缚,而且还与周围相邻的4个原子发生联系,这些价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。这样,相邻的原子就被共有的价电子联系在一起,称为共价键结构。 当温度升高或受光照时,由于半导体共价键中的价电子并不像绝缘体中束缚得那样紧,价电子从外界获得一定的能量,少数价电子会挣脱共价键的束缚,成为自由电子,同时在原来共价键的相应位置上留下一个空位,这个空位称为空穴, 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。 由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上。为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等, 符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只有一种载流子——电子。本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度时影响半导体性能的一个重要的外部因素。 反激式电源中MOSFET的钳位电路 输出功率100W以下的AC/DC电源通常都采用反激式拓扑结构。这种电源成本较低，使用一个控制器就能提供多路输出跟踪，因此受到设计师们的青睐，且已成为元件数少的AC/DC转换器的标准设计结构。不过，反激式电源的一个缺点是会对初级开关元件产生高应力。 反激式拓扑结构的工作原理，是在电源导通期间将能量储存在变压器中，在关断期间再将这些能量传递到输出。反激式变压器由一个磁芯上的两个或多个耦合绕组构成，激磁能量在被传递到次级之前，一直储存在磁芯的串联气隙间。实际上，绕组之间的耦合从不会达到完美匹配，并且不是所有的能量都通过该气隙进行传递。少量的能源储存在绕组内和绕组之间，这部分能量被称为变压器漏感。开关断开后，漏感能量不会传递到次级，而是在变压器初级绕组和开关之间产生高压尖峰。此外，还会在断开的开关和初级绕组的等效电容与变压器的漏感之间，产生高频振铃(图1)。 图1：漏感产生的漏极节点开关瞬态 如果该尖峰的峰值电压超过开关元件(通常为功率MOSFET)的击穿电压，就会导致破坏性故障。此外，漏极节点的高幅振铃还会产生大量EMI。对于输出功率在约2W以上的电源来说，可以使用钳位电路来安全耗散漏感能量，达到控制MOSFET电压尖峰的目的。 钳位的工作原理 钳位电路用于将MOSFET上的最大电压控制到特定值，一旦MOSFET电压达到阈值，所有额外的漏感能量都会转移到钳位电路，或者先储存起来慢慢耗散，或者重新送回主电路。钳位的一个缺点是它会耗散功率并降低效率，因此，有许多不同类型的钳位电路可供选择(图2)。有多种钳位使用齐纳二极管来降低功耗，但它们会在齐纳二极管快速导通时增加EMI的产生量。RCD钳位能够很好地平衡效率、EMI产生量和成本，因此最为常用。 图2：不同类型的钳位电路 钳位 RCD钳位的工作原理为：MOSFET关断后，次级二极管立即保持反向偏置，励磁电流对漏极电容充电(图3a)。当初级绕组电压达到由变压器匝数所定义的反射输出电压(VOR)时，次级二极管关断，励磁能量传递到次级。漏感能量继续对变压器和漏极电容充电，直到初级绕组电压等于箝位电容电压(图3b)。 图3：RCD钳位电路的初级侧钳位 Vc=钳位电压 此时，阻断二极管导通，漏感能量被转移到钳位电容(图4a)。经由电容吸收的充电电流将漏极节点峰值电压钳位到VIN(MAX)+VC(MAX)。漏感能量完全转移后，阻断二极管关断，钳位电容放电到钳位电阻，直到下一个周期开始(图4b)。通常会添加一个小电阻与阻断二极管串联，以衰减在充电周期结束时变压器电感和钳位电容之间产生的任何振荡。这一完整周期会在钳位电路中造成电压纹波(称为VDELTA)，纹波幅度通过调节并联电容和电阻的大小来控制(图5)。 二极管钳位电路 钳位电路 (1)功能：将输入讯号的位准予以上移或下移，并不改变输入讯号的波形。 (2)基本元件：二极管D、电容器C及电阻器R（直流电池VR）。 (3)类别：负钳位器与正钳位器。 (4)注意事项 D均假设为理想，RC的时间常数也足够大，不致使输出波形失真。 任何交流讯号都可以产生钳位作用。 负钳位器 (1)简单型 工作原理 Vi正半周时,DON,C充电至V值,Vo=0V。 Vi负半周时，DOFF，Vo=－2V。 (2)加偏压型 工作原理 Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值（左正、右负），Vo=+V1(a)图或－V1(b)图。 Vi负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，Vo=V C + Vi（负半周）=2V。 re5838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号 几种二极管负钳位器电路比较 正钳位器 (1)简单型 工作原理 Vi负半周时，DON，C充电至V值（左负、右正），Vo=0V。Vi正半周时，DOFF，Vo=V C + V i（正半周） =2V。 (2)加偏压型 判断输出波形的简易方法 1 由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。 2 由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为，则波形必 须向上移动；若二极管的方向为，则波形必须往下移动。 3 决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。 几种二极管正钳位器电路比较 补充：二极管的钳位作用，是指把高电位拉到低电位；二极管的稳压作用，是指一种专用的稳压管，它是有固定稳压参数的，在电路上是把负极接在电路的正极上，正极接在地端，当电路中的电压高于稳压二极管稳压值时，稳压二极管瞬间对地反向导通，当把电压降到低于该稳压值时二极管截止，起到稳压保护电路中元件的作用。 不一定非得用稳压二极管来稳压，用一般的二极管串联也行，例如三个二极管串联，负极接地正极一路接负载，一路接一足够大的电阻再接电源就可以实现伏的稳压。 所谓钳位，就是把输入电压变成峰值钳制在某一预定的电平上的输出电压，而不改变信号。 钳位电路 (1)功能：将输入讯号的位准予以上移或下移，并不改变输入讯号的波形。 (2)基本元件：二极管D 、电容器C 及电阻器R （直流电池VR ）。 (3)类别：负钳位器与正钳位器。 (4)注意事项 D 均假设为理想，RC 的时间常数也足够大，不致使输出波形失真。 任何交流讯号都可以产生钳位作用。 负钳位器 (1)简单型 工作原理 V i 正半周时,DON,C 充电至V 值,V o =0V 。 V i 负半周时，DOFF ，Vo=－2V 。 (2)加偏压型 工作原理 V i 正半周时，二极管DON ，C 被充电至V 值（左正、右负），Vo=+V 1(a)图或－ V 1(b)图。 V i 负半周时，二极管DOFF ，RC 时间常数足够大，V o =V C +V i （负半周）=2V 。 几种二极管负钳位器电路比较 正钳位器 (1)简单型 工作原理 V i 负半周时，DON ，C 充电至V 值（左负、右正），V o =0V 。 V i 正半周时，DOFF ，V o =V C +V i （正半周） =2V 。 (2)加偏压型 判断输出波形的简易方法 1. 由参考电压V 1决定输出波形于坐标轴上的参考点。 2 .由二极管D 的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为， 则波形必须向上移动；若二极管的方向为 ，则波形必须往下移动。 3 决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上， 即为我们所求。 几种二极管正钳位器电路比较 钳位电路（Clamping Circuit）跟前面所说的限幅电路不同，它的作用不是限制信号的电压幅值，而是把整个信号幅值进行直流平移。最后的输出波形与输入波形的形状不变，只是在输入信号的基础上增加了直流分量。该直流分量的大小取决于电路本身的具体参数。 钳位电路的应用也很多，在我们家里的彩色电视机里有它的身影。在其中它起到恢复电视亮度信号的直流分量。稍微想一下，电视的信号肯定不是有规律的波形，那么钳位电路肯定不用知道确切的波形，就能把直流分量调出来。 那么二极管在会充当什么角色呢？还是先来看看下图的二极管钳位电路： 以正弦信号为例：输入为v i=V m sin(ωt)来分析该电路是如何钳位的。为了简单起见，设电容的初始电压V C(0)=0，二极管D是理想的。则当 时间t由0时刻增至T/4时，v i达到其峰值V m，电容的电压也被充至峰值V m。随之，v i下降，很显然，二极管处于反偏截至状态，电容的电压没有地方放电，只能保持V m不变。因而可得输出电压 v o=-v c+v i=-V m+V m sin(ωt)。由此可见，输出电压被钳住了，输出与输入的波形相同，不同的只是输出波形进行了-V m的直流平移。 下图是上图仿真结果的波形图的比较： 正弦波形 三角波形 对上面的波形图说明一下：红色为输入波形，黑色为输出波形。大家可能有疑问了。根据上面的原理分析这不对啊！不是反了吗？对！是反了！ 不过不是我说反了，而是我把二极管接反了。这就对了！二极管的方向只是影响直流平移的方向而已。也就是正移和负移。看看二极管又是功不可没啊！ 大家可以从上面波形图看到，输出的波形相对输入波形抬高了，即多加了一个直流分量，两者的波形形状没有发生变化。这也就完成了钳位功能。 二极管7种应用电路详解之一 许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它在电路中的应用第一反应是整流，对二极管的其他特性和应用了解不多，认识上也认为掌握了二极管的单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路，实际上这样的想法是错误的，而且在某种程度上是害了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析，许多二极管电路无法用单向导电特性来解释其工作原理。 二极管除单向导电特性外，还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二极管所构成电路的工作原理，而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路，例如二极管构成的简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。 9.4.1 二极管简易直流稳压电路及故障处理 二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中，由于电路简单，成本低，所以应用比较广泛。 二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。 二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是0.6V 左右，对锗二极管而言是0.2V左右。 如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。 图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路 1．电路分析思路说明 分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难了。 关于这一电路的分析思路主要说明如下。 （1）从电路中可以看出3只二极管串联，根据串联电路特性可知，这3只二极管如果导通会同时导通，如果截止会同时截止。 （2）根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。从电路中可以看出，在VD1正极通过电阻R1接电路中的直流工作电压+V，VD3的负极接地，这样在3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。由此分析可知，3只二极管VD1、VD2和VD3是在直流工作电压+V作用下导通的。 （3）从电路中还可以看出，3只二极管上没有加入交流信号电压，因为在VD1正极即电路中的A点与地之间接有大容量电容C1，将A点的任何交流电压旁路到地端。 2．二极管能够稳定直流电压原理说明 电路中，3只二极管在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。 众所周知，二极管内部是一个PN结的结构，PN结除单向导电特性之外还有许多特性，其中 第二章半导体二极管及其基本电路 本章内容简介 半导体二极管是由一个PN结构成的半导体器件,在电子电路有广泛的应用。本章在简要地介绍半导体的基本知识后，主要讨论了半导体器件的核心环节——PN 结。在此基础上，还将介绍半导体二极管的结构、工作原理,特性曲线、主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用。最后对齐纳二极管、变容二极管和光电子器件的特性与应用也给予简要的介绍。（一）主要内容: ?半导体的基本知识 ?PN结的形成及特点，半导体二极管的结构、特性、参数、模型及应用电路 （二）基本要求: ?了解半导体材料的基本结构及PN结的形成 ?掌握PN结的单向导电工作原理 ?了解二极管（包括稳压管）的V-I特性及主要性能指标 （三）教学要点： ?从半导体材料的基本结构及PN结的形成入手，重点介绍PN结的单向导电工作原理、 ?二极管的V-I特性及主要性能指标 2.1 半导体的基本知识 2.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导电性能介于导体与绝缘体之间材料，我们称之为半导体。在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等；以及掺杂或制成其它化合物半导体材料，如硼（B）、磷（P）、锢（In）和锑（Sb）等。其中硅是最常用的一种半导体材料。 半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的刺激时，其导电能力将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电能力会急剧增强。 2.1.2 半导体的共价键结构 在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如下所示。硅和锗都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构 钳位二极管 作用： 在钳位电路中，二极管负极接地，则正极端电路被钳位零电位以下； 1、当二极管负极接地时，则正极端电路的电位比地高时，二极管会导通将其电位拉下来，即正极端电路被钳位零电位或零电位以下（忽略管压降）！ 2、当二极管正极接地时，则负极端电路的电位比地高时，二极管会截至，其电位将不会受二极管的任何作用； 3、在钳位电路中，二极管负极接+5V，则正极端电路被钳位+5V电位以下； 4、在钳位电路中，二极管正极接+5v，则负极端电路被钳位+5V电位以上； （忽略管压降） 原理： 二极管钳位保护电路是指由两个二极管反向并联组成的，一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5-0.7以下，从而起到保护电路的目的。 钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。图Z1615为常见的二极管钳位电路。设输入信号如图Z1616（a）所示,在零时刻，uO(0+)＝+E，uO产生一个幅值为E的正跳变。此后在0～t１间，二极管D导通，电容C充电电流很大，uＣ很快等于E，致使uO＝0。在t１时刻，ui（t１）＝0，uO又发生幅值为－E的跳变,在t１～t2期间，D截止，充电电容C只能通过R放电，通常，R取值很大，所以uＣ下降很慢，uO变化也很小。在t１时刻uＩ（t2）＝E，uO又发生一个幅值为E的跳度，在t2～t3期间，D导通，电容C又重新充电。与0～t１期间内不同，此时电容上贮有大量电荷，因而充电持续时间更短，uO更迅速地降低为零。以后重复上述过程，uO和uＣ的波形如图Z1616（b）、（c）。可见，uO的顶部基本上被限定在零电平上，于是，就称该电路为零电平正峰（或顶部）钳位电路。 一钳位二极管要用稳压二极管，因为稳压管有各种电压，稳压管是用在反向击穿状态下的，用普通两极管， 只能用正向压降来稳压，不能工作在击穿状态的。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示,如:ZD5表示编号为5的稳压管. 二 1、稳压二极管的稳压原理:稳压二极管的特点就是击穿后,其两端的电压基本保持不变.这样,当把稳压管接入电路以后,若由于电源电压发生波动,或其它原因造成电路中 各点电压变动时,负载两端的电压将基本保持不变. 2、故障特点:稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定.在这3种故障中, 前一种故障表现出电源电压升高;后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定. 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表: 型号1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N47511N4761 稳压值3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V 半导体二极管及其基 本电路 二、半导体二极管及其基本电路 基本要求 ?正确理解：PN结的形成及单向导电性 ?熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 ?能够查阅电子器件相关手册 难点重点 1．ＰＮ结的形成 （1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。 图（1）浓度差使载流子发生扩散运动 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。 （3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。 图（2）内电场形成 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。 （5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于动态平衡。 2．ＰＮ结的单向导电性 电路板中常用7大类二极管 一、肖特基二极管 肖特基二极管，即肖特基势垒二极（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管。 它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。 二、变容二极管 变容二极管又称"可变电抗二极管"，是利用pN结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成的。反偏电压增大时结电容减小、反之结电容增大，变容二极管的电容量一般较小，其最大值为几十皮法到几百皮法，最大区容与最小电容之比约为5:1。它主要在高频电路中用作自动调谐、调频、调相等，例如在电视接收机的调谐回路中作可变电容。变容二极管属于反偏压二极管，改变其PN结上的反向偏压，即可改变PN结电容量。反向偏压与结电容之间的关系是非线性的，变容二极管的电容值与反向偏压值的关系： (a) 反向偏压增加，造成电容减少； (b) 反向偏压减少，造成电容增加。 电容误差范围是一个规定的变容二极管的电容量范围。数据表将显示最小值、标称值及最大值，这些经常绘在图上。 二极管限位与钳位电路 发布时间:2011-12-13 13:45:49 访问次数:3107 有一种二极管电路，称为限位器(limiter或clipper)， S5H1410X01-Q0可将信号的电压在某个固定值以上，或以下的部分截掉。另一种二极管电路，称为钳位器，可将直流电压叠加到信号上，或者恢复信号的原有直流幅值。这一节我们将介绍限位器和钳位器的二极管电路。 在学习完本节的内容后，你应该能够：说明并且分析二极管限位和钳位电路的工作原理；说明二极管限位器的工作原理；计算出加上偏压后的限位器输出电压；使用分压器的偏压方式，设定限位器的幅值；说明二极管钳位器的工作原理。 1.二极管限位器 图2. 34(a)显示的二极管限位器(limiter或者clipper)，会限制或者截掉输入电压的正半周部分。当输入电压进入正半周期，二极管处于正向偏压状态。因为二极管的阴极是接地电位(OV)，于是阳极的电位就不能超过0.7V(假设此二极管是硅质)。于是输入电压超过这个数值时，A点的电位就被限制在10. 7V。当输入电压降回到0. 7V以下时，二极管就变成反向偏压，而变成开路的状态。输出电压的波形看起来与输入电压的负半周相似，但是波幅则是由R1和R2所组成的分压器决定，计算式如下： Vout（R L/+R1+RL）×Vin 如果R1相较RL很小，于是Vout=Vin 如果将二极管反接，如图2.34(b)，则输入电压的负半周会被截掉。在输入电压的负半周期间，此二极管是处于正向偏压，因为二极管电压降的缘故，A点的电压维持在-0.7V。当输入电压超过-0.7V，二极管就不再处于正向偏压，于是RL上就出现与输入电压成比例的电压。 (1)加上偏压的限位器 可将偏压y BIAS和二极管串联，就可以调整交流电压的值，如图2.37所示。在A点的电压必须等于+0.7V，此二极管才会成为正向偏压而导通。一旦二极管导通后，在A点的电压就会被限制在+0.7V，于是所有高于此幅值的输入电压均会被截掉。 论坛牛人谈关于RCD钳位电路中二极管D的选择 2013-08-30 13:52 文章来源: 电源网有309人阅读过 在电源网论坛里，就存在这样一些人，他们时常能DIY出被网友们称之为的经典设计，出于大家能够共同学习的目的，小编抓住了难得的机会，整理了这些经典帖，供分享学习。 本文设计分享来自“mko145”的精华帖。--------小编语 前几天写了个贴子，讨论了一下 RCD公式计算出的电阻值与实际的参数为什么相差很大。(有兴趣的朋友请参看：谈谈 RCD 的计算结果为何与实验参数出入很大 ) 其中有朋友提出讨论一下“RCD线路中的二极管D的选择问题”。对于二极管的选择，相信大多数工程师都很有经验。坛子里相关的讨论不算多(当然这也不是个重要的问题)。后来做了些实验，在这和大家分享一下，有兴趣的朋友请一起讨论。 在上个帖子里谈到：计算误差大的其中一个原因是二极管的开关速度不够快(即便是快速恢复二极管)。各大 IC 公司的公式大都是基于这样一个假设——即二极管是理想的开关，正向导通时间是0，反向恢复时间也是0。于是由初级漏感而引起的所有的能耗都消耗在了电阻Rsn上。由这个公式计算出来的电阻数值比起实际的参数通常要小很多。 大家可能会有这样的经验 - 选择越慢的二极管(反向恢复时间长)，则这个计算的误差就越大。比如说在谈谈RCD 的计算结果为何与实验参数出入很大中的例子里，用的是反向恢复实际只有75nS的超快恢复二极管UF4007。假如用恢复速度慢些的二极管，那么情况会大不一样了。现在有的线路中使用开关速度很慢1N4007。在之前的帖子中，我没有提到用慢速二极管而造成的计算误差，是因为如果使用1N4007，那么就不用算了。因为误差会大到“计算本身完全失去了意义”。给大家一个直观的例子 - 在上个帖子的例子中计算出的电阻数值是33K，如果二极管用1N4007的话，实际上270K的电阻就可以了。 说起二极管的开关特性，大家都会想到“二极管的反向恢复时间”。这也是衡量一个二极管开关速度的主要参数。大家对此都很熟悉。不过，下面我想先谈谈二极管的正向恢复时间： 对于“二极管正向恢复时间”，好像关心的人很少。电源网的坛子里似乎也没有相关的帖子。相反，在“世纪电源”的论坛里，关于这个话题曾经有过“热闹的”辩论。有人认为“正向恢复只是书本上一个概念”。 让我们先来看一下反激电源MOS管Vds 的波形。一般的RCD计算的资料中的图形是这样的： 4 RCD钳位电路 4.1基本原理分析 由于变压器漏感的存在，反激变换器在开关管关断瞬间会产生很大的尖峰电压，使得开关管承受较高的电压应力，甚至可能导致开关管损坏。因此，为确保反激变换器安全可靠工作，必须引入钳位电路吸收漏感能量。钳位电路可分为有源和无源钳位电路两类，其中无源钳位电路因不需控制和驱动电路而被广泛应用。在无源钳位电路中，RCD 钳位电路因结构简单、体积小、成本低而倍受青睐。 RCD钳位电路在吸收漏感能量的时候，同时也会吸收变压器中的一部分储能，所以RCD钳位电路参数的选择，以及能耗到底为多少，想要确定这些情况会变得比较复杂。对其做详细的分析是非常必要的，因为它关系到开关管上的尖峰电压，从而影响到开关管的选择，进而会影响到EMI，并且，RCD电路设计不当，会对效率造成影响，而过多的能量损耗又会带来温升问题，所以说RCD钳位电路可以说是很重要的部分。 图9 图10 图11 反激变换器RCD 钳位电路的能量转移过程可分成5 阶段，详细分析如下：1）t0-t1阶段。开关管T1导通，二极管D1、D2因反偏而截止，钳位电容C1通过电阻R1释放能量，电容两端电压UC下降；同时，输入电压Ui加在变压器原边电感LP两端，原边电感电流ip线性上升，其储能随着增加，直到t1时刻，开关管T1关断，ip增加到最大值。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(a)所示。 2）t1-t2阶段。从t1时刻开始，开关管进入关断过程，流过开关管的电流id 开始减小并快速下降到零；同时，此阶段二极管D2仍未导通，而流过变压器原边的电流IP首先给漏源寄生电容Cds恒流充电(因LP很大)，UDS快速上升(寄生电容Cds较小)，变压器原边电感储存能量的很小一部份转移到Cds；直到t2时刻，UDS 上升到Ui+Uf(Uf为变压器副边向原边的反馈电压)。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(b)所示，钳位电容C1继续通过电阻R1释放能量。 3）t2-t3阶段。t2时刻，UDS上升到Ui+Uf后，D2开始导通，变压器原边的能量耦合到副边，并开始向负载传输能量。由于变换器为稳压输出，则由变压器副边反馈到原边的电压Uf=n(Uo+UD)(Uo为输出电压，UD为二极管D2导通压降，n为变压器的变比)可等效为一个电压源。但由于变压器不可避免存在漏感，因此，变压器原边可等效为一电压源Uf和漏感Llk串联，继续向Cds充电。直到t3时刻，UDS上升到Ui+UCV(UCV的意义如图1(b)所示)，此阶段结束。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(c)所示，钳位电容C1依然通过电阻R1释放能量。由于t1-t3阶段持续时间很短，可以认为该阶段变压器原边峰值电流IP对电容Cds恒流充电。 4）t3-t4阶段。t3时刻，UDS 上升到Ui+UCV，D1开始导通，等效的反馈电压源Uf与变压器漏感串联开始向钳位电容C1充电，因此漏源电压继续缓慢上升(由于C1的容量通常比Cds大很多)，流过回路的电流开始下降，一直到t4时刻，变压器原边漏感电流ip下降到0，二极管D1关断，开关管漏源电压上升到最大值Ui+UCP(UCP的意义如图1(b)所示)。此阶段变换器一次侧的能量转移等效电路如图2(d)所示。 5）t4-t5阶段。t4时刻，二极管D1已关断，但由于开关管漏源寄生电容Cds 的电压UDS=Ui+UCP>Ui，将有一反向电压加在变压器原边两端，因此，Cds与变压器原边励磁电感Ls及其漏感Llk开始谐振，其能量转移等效电路如图2(e)所示。谐振期间，开关管的漏源电压UDS逐渐下降，储存于Cds中的能量的一部份将转移到副边，另一部分能量返回输入电源，直到t5时刻谐振结束时，漏源电压UDS稳定在Ui+Uf。由于此阶段二极管D1关断，钳位电容C1通过电阻R1放电，其电压UC 将下降。结合图1和图2进行分析可知：如果反馈电压大于钳位电容电压，则在整个开关关断期间，回馈电压一直在向RCD钳位电路提供能量，而该能量最终将被 二极管应用电路 图4-1是采用光敏二极管的最简单的光检测电路，图(a)是二极管输出端为开路方式，其输出电压随入射光量的对数呈线性变化，但容易受温度变化的影响。图(b)是二级管输出端为短路方式.输出电流随入射光量的对数呈线性变化. 一般采用输出端短路的工作方式。然而，这两种电路都是光电二极管单个使用，其输出电压(或电流)非常小，一般要与晶体管或 IC等放大器组合使用。 图4-1 最简单的光检测电路 图4-2是无偏置电路实例、其中图(a)接高阻抗负载?图(b)接低阻抗负载。负载阻抗越高其特性越接近输出端开路方式，负载阻抗越低则越接近输出端短路方式。然而因二级管都是单个使用，所以输出信号极小?一般需要接放大电路。 图4-￡无偏置电路 图4-3是反向偏置电路实例。光敏二极管加反向偏置，则响应速度可提高几倍以上。图 4-3(a)是接有较大负载电阻的电路. 图4-3(b)是接有较小负载电阻的电路。图4-3(n)所示电路的输出电压比图4-3(b)所示电路大，但响应特性不如图4-3(b)。图4-3(b)所示电路的输出电压比图4-3(a)小，但响应速度比图4-3(a)快。它们的响应特性都比无偏置电路好，但暗电流 比无偏置电路大。 (b) 图43 反向偏置电路 图4-4是光敏二极管与晶体管组合应用电路实例。图 4-4(a)为典型的集电极输出电路形 式，而图4-4(b)为典型的发射极输出电路形式。 集电极输出电路适用于脉冲入射光电路，输出信号与输入信号的相位相反，输出信号 一般较大。而发射极输出电路适用于模拟信号电路，电阻 RB 可以减小暗电流，输出信号与 输入信号的相位相同，输出信号一般较小。 图4-4与晶体管组合应用电路 图4-5是光敏二极管 VD 与运放A 组合应用实例.团4-5(a)为无偏置方式，图 4-5(b)为 反向偏置方式。 无偏置电路可以用于测量宽范围的入射光， 例如照度计等，但响应特性比不上反向偏置 的电路，可用反馈电阻Rf 调整输出电压，如果Rf 用对数二极管替代. 的电压。反向偏置电路的响应速度快?输出信号与输入信号同相位。 VD Vo 5-15V VD -L 5 ?15V T Et, R E 3. 3Mfl 12V V T Vo 2- 2kD 则可以输出对数压缩 4. 7kfi % 许多初学者对二极管很“熟悉”，提起二极管的特性可以脱口而出它的单向导电特性，说到它在电路中的应用第一反应是整流，对二极管的其他特性和应用了解不多，认识上也认为掌握了二极管的单向导电特性，就能分析二极管参与的各种电路，实际上这样的想法是错误的，而且在某种程度上是害了自己，因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析，许多二极管电路无法用单向导电特性来解释其工作原理。 二极管除单向导电特性外，还有许多特性，很多的电路中并不是利用单向导电特性就能分析二极管所构成电路的工作原理，而需要掌握二极管更多的特性才能正确分析这些电路，例如二极管构成的简易直流稳压电路，二极管构成的温度补偿电路等。 9.4.1 二极管简易直流稳压电路及故障处理 二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中，由于电路简单，成本低，所以应用比较广泛。 二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。 二极管的管压降特性：二极管导通后其管压降基本不变，对硅二极管而言这一管压降是左右，对锗二极管而言是左右。 如图9-40所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管，它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。 图9-40 3只普通二极管构成的简易直流稳压电路 1．电路分析思路说明 分析一个从没有见过的电路工作原理是困难的，对基础知识不全面的初学者而言就更加困难了。 关于这一电路的分析思路主要说明如下。 （1）从电路中可以看出3只二极管串联，根据串联电路特性可知，这3只二极管如果导通会同时导通，如果截止会同时截止。 （2）根据二极管是否导通的判断原则分析，在二极管的正极接有比负极高得多的电压，无论是直流还是交流的电压，此时二极管均处于导通状态。从电路中可以看出，在VD1正极通过电阻R1接电路中的直流工作电压+V，VD3的负极接地，这样在3只串联二极管上加有足够大的正向直流电压。由此分析可知，3只二极管VD1、VD2和VD3是在直流工作电压+V作用下导通的。 （3）从电路中还可以看出，3只二极管上没有加入交流信号电压，因为在VD1正极即电路中的A点与地之间接有大容量电容C1，将A点的任何交流电压旁路到地端。 2．二极管能够稳定直流电压原理说明 电路中，3只二极管在直流工作电压的正向偏置作用下导通，导通后对这一电路的作用是稳定了电路中A点的直流电压。 众所周知，二极管内部是一个PN结的结构，PN结除单向导电特性之外还有许多特性，其中之一是二极管导通后其管压降基本不变，对于常用的硅二极管而言导通后正极与负极之间的电压降为。 根据二极管的这一特性，可以很方便地分析由普通二极管构成的简易直流稳压电路工作原理。3只二极管导通之后，每只二极管的管压降是，那么3只串联之后的直流电压降是×3=。 3．故障检测方法 检测这一电路中的3只二极管最为有效的方法是测量二极管上的直流电压，如图9-41所示是测量时接线示意图。如果测量直流电压结果是左右，说明3只二极管工作正常；如果测量直流电压结果是0V，要测量直流工作电压+V是否正常和电阻R1是否开路，与3只二极管无关，因为3只二极管同时击穿的可能性较小；如果测量直流电压结果大于，检查3只二极管中有一只开路故障。 ` 稳压二极管原理电路及应用 引言 二极管因用途不同而种类繁多。稳压二极管是其中的一种。我们知道晶体二极管具有单向导电的性能。正向连接时是导电的(在电路中，二极管的正极接电源的正极，二极管的负极接电源的负极)，反向连接是不导电的，只有很小很小的漏电流。但是如果给某些特定二极管反向电压逐渐加大到某一数值，二极管就会被击穿，这时二极管又开始反向导电。随着导电电流逐渐增大(只要电流不是增加到损坏二极管的程度)，二极管两端的电压却基本上保持不变，几乎恒定在二极管击穿的电压数值上。这就是二极管的反向击穿特性。利用这个特性，人们制成稳压二极管[1]。由于这种反向击穿特性能起稳压作用，所以在电路中稳压二极管必须反向连接，就是二极管的正极接电源的负极，二极管的负极接电源的正极。 1．稳压二极管的原理及电路 1.1稳压管的特性 稳压管的伏安特性曲线如图l所示。由图可见，反向电压在一定围变化时，反向电流很小;当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增，即稳压管反向击穿;此后，虽然电流在很大围变化，但稳压管两端的电压变化很小，这一特性便可用来稳压。稳压管与其他二极管不同的是，其反向击穿是可逆的。当反向电压去掉后，稳压管又恢复正常状态但是，如果反向电流超过允许值，稳压管的PN结也会因过热而损坏。由于硅管的热稳定性比锗管好，因此一般都用硅管做稳压二极管，例如2CW系列和2DW系列都是硅稳压二极管[2] 图1 硅稳压二极管伏安特性和符号 1.2 稳压管的主要参数 1.2.1 稳定电压U: 稳压管反向击穿后稳定工作时的电压值称为稳定电压，如2CW13型为5V一6.5V，具有温度补偿作用的2DW7A型稳压管为5.8V一6.6V。对于某只稳压管，其U是这个围的某一Z确定数值。因此在使用时，具体数值需要实际测试。 1.2.2 稳定电流I Z文档Word 钳位电路（ClampingCircuit）的作用是把整个信号幅值进行直流平移。最后的输出波形与输入波形的形状不变，只是在输入信号的基础上增加了直流分量。该直流分量的大小取决于电路本身的具体参数。钳位电路的应用也很多，在我们家里的彩色电视机里有它的身影。在其中它起到恢复电视亮度信号的直流分量。 钳位二极管特性 1、二极管具有单向导电性，正向导通，反向不导通。半导体二极管导通时相当于开关闭合（电路接通），截止时相当于开关打开（电路切断），所以二极管可作开关用。 2、二极管的钳位是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小（有时可近似为零）的特点，来限制电路中某点的电位。 3、二极管是有一个P型半导体和一个N型半导体结合在一起形成的，中间会形成一个PN节，隔离正是由于PN节的作用。PN节处由于电子的漂移本身形成了一个内电场，当外加电压产生的电场与内电场的方向相同时电流便能通过，否则就会被内电场抵消而被隔离。过大则会将PN节击穿，是不容许的 负钳位器 （1）简单型 工作原理Vi正半周时，DON，C充电至V值，Vo=0V。Vi负半周时，DOFF，Vo=-2V。 （2）加偏压型 工作原理 Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值（左正、右负），Vo=+V1（a）图或-V1（b）图。 Vi负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，Vo=VC+Vi（负半周）=2V。 正钳位器 （1）简单型 工作原理 Vi负半周时，DON，C充电至V值（左负、右正），Vo=0V。Vi正半周时，DOFF，Vo=VC+Vi （正半周）=2V。 （2）加偏压型 判断输出波形的简易方法 1.由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。 2。由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为 ，则波形必须向上移动;若二极管的方向为 ，则波形必须往下移动。 3决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。二极管及其应用电路--笔记整理
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