二极管的应用| 整流器，削波器，反向电流保护

2021-05-17

二极管的应用| 整流器，削波器，反向电流保护

在本二极管教程中，我们将看到二极管的一些常见应用。作为最简单的半导体组件，二极管在现代电子系统中具有广泛的应用。各种电子电路均使用此组件作为产生所需结果的必要设备。

我们知道，二极管仅允许电流在一个方向上流动，因此它可以用作单向开关。二极管由P和N型材料制成，并具有两个端子，即阳极和阴极。可以通过控制施加在这些端子上的电压来操作该设备。

当施加到阳极的电压相对于阴极为正时，二极管称为正向偏置。如果施加到二极管的电压大于阈值电平（通常对于硅二极管约为0.6V），则二极管起短路作用并允许电流流过。

如果改变电压的极性，即使阴极相对于阳极为正，则称其为反向偏置并充当开路。结果，没有电流流过。

二极管的应用领域包括通信系统，如限幅器，限幅器，门；计算机系统，如逻辑门，钳位器；整流器和逆变器等电源系统；电视系统，用作鉴相器，限幅器，钳位器；雷达电路，如增益控制电路，参数放大器等。以下描述简要描述了二极管的各种应用。

二极管的一些常见应用

在研究二极管的各种应用之前，让我们快速浏览一下二极管的一小部分常见应用。

整流器

快船电路

钳位电路

反向电流保护电路

在逻辑门

电压倍增器

还有很多。现在让我们更详细地了解二极管的每种应用。

二极管作为整流器

二极管最常见，最重要的应用是将交流电整流为直流电。使用二极管，我们可以构建不同类型的整流器电路。这些整流器电路的基本类型是半波，全波中心抽头和全桥式整流器。大多数功率转换应用中使用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。

在输入电源的正半周期内，使阳极相对于阴极为正。因此，二极管正向偏置。这导致电流流向负载。由于负载是电阻性的，因此负载电阻器两端的电压将与电源电压相同，即，输入正弦电压将出现在负载处（仅正周期）。负载电流与施加的电压成正比。

在输入正弦波的负半周期内，使阳极相对于阴极为负。因此，二极管反向偏置。因此，没有电流流向负载。电路开路，负载两端无电压。

负载侧的电压和电流均为极性，表示输出电压为脉动直流电。通常，该整流电路具有一个跨接在负载两端的电容器，以产生稳定且连续的直流电流，而不会产生任何波动。

削波电路中的二极管

削波电路用在FM发射器中，在该发射器中，噪声峰值被限制为特定值，以便从中去除过多的峰值。削波器电路用于在不干扰输入波形的其余部分的情况下延迟超过预设值的电压。

根据电路中的二极管配置，这些削波器分为两种类型：

系列飞剪机

分流快船

此外，这些又被分类为不同的类型。

上图显示了正向串联钳和并联钳。使用这些削波器电路，将消除输入电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，因此输出端的电压为零。

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，因此当二极管用作闭合开关时，输出电压为零。在负半周期内，二极管反向偏置并充当开路开关，因此整个输入电压会出现在输出两端。使用以上两个二极管削波器，输入的正半周期被削波在输出处。

钳位电路中的二极管

钳位电路用于将输入信号的正或负峰值移位或更改为所需电平。该电路也称为电平转换器或直流恢复器。这些钳位电路可以为正，也可以为负，具体取决于二极管的配置。

在正钳位电路中，负峰值向上升高，因此负峰值落在零电平上。在负钳位电路的情况下，正峰被钳位，以使其向下推动，使正峰落在零电平上。

请看下图，以了解二极管在钳位电路中的应用。在输入的正半周期内，二极管反向偏置，因此输出电压等于输入电压和电容器电压之和（考虑到电容器最初已充电）。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，因此电容器会充电至输入信号的峰值。

逻辑门中的二极管

二极管还可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别类似于二极管的正向和反向偏置状态。因此，二极管可以执行诸如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，但在某些应用中会使用这些逻辑。大多数现代逻辑门基于MOSFET。

下图显示了使用一对二极管和一个电阻器实现的或门逻辑。

在上面的电路中，输入电压施加在V上，通过控制开关，我们在输出端获得OR逻辑。此处逻辑1表示高电压，逻辑0表示零电压。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的电压为零。当任一开关闭合时，二极管变为正向偏置，结果输出为高。

倍压电路中的二极管

电压倍增器由两个或更多个二极管整流器电路组成，这些二极管整流器电路级联产生直流输出电压，该直流输出电压等于施加的输入电压的倍数。这些乘法器电路具有不同的类型，例如倍压器，三倍器，四倍频器等。通过将二极管与电容器结合使用，我们可以在输出端获得输入峰值电压的奇数或偶数倍。

上图显示了一个半波电压倍增器电路，其直流输出电压是峰值输入交流电压的两倍。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，电容器C1充电至通过二极管D1的输入的峰值电压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，电容器C2开始通过D2和C1充电。因此，C2两端的总电压等于2Vm。

在下一个正半周期内，二极管D2被反向偏置，因此电容器C2将通过负载放电。同样，通过级联整流器电路，我们将在输出端获得输入电压的多个值。

反向极性保护中的二极管

必须使用反极性或电流保护，以避免由于错误地连接电池或颠倒直流电源的极性而造成的损坏。电源的这种意外连接会导致大量电流流过电路组件，这可能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。

上图显示了反向电流保护电路，其中二极管与电池电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，并且负载电流会流过该二极管。但是，如果连接错误，则二极管会反向偏置，这不允许任何电流流向负载。因此，保护了负载免于反极性。

抑制电压尖峰的二极管

在电感器或电感性负载的情况下，由于电源中存储的磁场能量，突然取下电源会产生更高的电压。电压的这些意外尖峰可能会对其余电路组件造成相当大的损害。

因此，二极管跨接在电感器或电感性负载两端，以限制较大的电压尖峰。这些二极管在不同的电路中也有不同的称呼，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，续流二极管跨接在电感负载上，用于抑制电感器中的电压尖峰。当开关突然断开时，电感器中会产生一个电压尖峰。因此，续流二极管为电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电压。

太阳能电池板中的二极管

用于保护太阳能电池板的二极管称为旁路二极管。如果太阳能电池板出现故障或被落叶，积雪和其他障碍物损坏或遮挡，则总输出功率会降低并引起热点损坏，因为其余电池的电流必须流过该故障或遮挡的电池并导致过热。旁路二极管的主要功能是保护太阳能电池免受此热点问题的困扰。

上图显示了太阳能电池中旁路二极管的连接。这些二极管与太阳能电池并联连接，从而限制了不良太阳能电池上的电压，并允许电流从优质太阳能电池流向外部电路。因此，通过限制流过不良太阳能电池的电流来减少过热问题。