神通廣大的二極管

二極管的主要性質及用途

二極管的種類非常多,外形各異,參數不一,用途廣泛。目前常見的如整流用的1N4007、10A10、1N5408等,檢波用的2AP9、1N60、Bat85等,小功率電路中常用的開關二極管1N4148,還有穩壓二極管、變容二極管、雙向觸發二極管、肖特基二極管、發光二極管(LED);其最基本的性質就是單向導電性,且導電後電流迅速上升,電壓降很小,正向導通時存在死區電壓,反向電流極小,超過一定反向電壓會被擊穿(見下圖),除此之外,可貴的是它還有一些其它特點,比如結電容、載流子複合發光、光敏性等,人們利用它的某個特點製作了用途各異、特性不一的二極管,將其功能發揮的淋漓盡致,其身影遍及電子電路世界,比如利用其反向擊穿特性,製作了穩壓二極管,利用其結電容隨電壓變化製作了變容二極管等。今天我們就其主要的用途,也就是單向導電性的功能做一歸納總結,其它派生的用途在日後做進一步的講解。

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二極管伏安曲線圖

一、整流作用:這是二極管最基本、最本分的用途了。從整流方式分有半波整流、全波整流、橋式整流三種。從電源相數分單相、三相整流。通過二極管的單向導電作用,將交流電整流成直流電。在電源電路中首先看的就是整流電路,它為其它電路提供直流電源,在線性電源中常有變壓器降壓,之後進行整流;在開關電源中常見的有將電源直接半波、橋式整流。橋式整流為使用方便將四個二極管整合在一起,形成橋堆。如下圖1-4的常見的整流電路。

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二、檢波(鑑頻)作用。檢波(鑑頻)就是將調幅波(調頻波)中的低頻信號(音頻信號)取出的過程,在收音機、電視機電路中這是一個很重要的環節。檢波的實質也是利用二極管的單向導電作用,將交流信號變成脈動直流,通過電容濾波,將調幅包絡幅度檢出。它和整流的最根本的差別就在於輸入交流電的大小,整流是電能處理過程,檢波是信號處理過程,50Hz工頻整流使用低頻二極管(開關電源整流使用高頻二極管,如肖特基、快恢復二極管等),檢波使用高頻管,如2AP9、1ss106等。

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檢波、鑑頻電路圖

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電視機中檢波電路(部分)

三、續流作用。情況之一:在三極管控制繼電器、電感電路中,關斷(截止)的時候在繼電器、電感兩端會產生較高的自感電動勢與電源疊加會擊穿三極管,並聯二極管以後可以釋放掉這部分自感電能,起到了保護三極管的作用,如下圖一VD1,在三極管截止時,釋放繼電器產生的自感電動勢。圖二開關電源中的FR107。還有一些具有電感的電路中,利用其作為放電通道,繼續為負載提供電能,達到續流目的,以及為電容提供放電通道,其特點是正常情況下截止,需要時導通。

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圖一 二極管續流保護作用電路圖

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圖二 開關電源(部分電路)中尖峰脈衝吸收電路

四、鉗位作用。二極管導通後其兩端電壓降很小(小於1v),相當於短路,其兩端電位幾乎相同,這個特點在門電路中應用很廣泛。可以組成與門、或門等門電路。如下左圖,若A點電位0v,B點電位3v,N點電位3v,則P點電位為0v,也就是將Y點的電位鉗在了低電位。左圖為與門電路(邏輯乘),右圖為或門電路(邏輯加)

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二極管的鉗位作用

五、穩壓、限幅作用。這裡所說的穩壓不是指穩壓二極管的穩壓,它是利用二極管正向導通後其兩端電壓值1v以下,不會超過規定值的性質,和其它電路並聯保證其電壓值規定之內,在三極管偏置電路中比較多見,圖一中D1D2保持了三極管基極電壓的穩定,當溫度升高時,基極電流增加,發射極電流增加,發射極電阻R2上的電壓增加,由於基極電位不變,故Ube電位降低,基極電流減小,保持了三極管工作點的穩定。限幅原理與其一樣,無論電流多大,但其兩端電壓保持著一定範圍之內,在調頻收音機限幅環節應用較多,見圖二。

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圖一 二極管的穩壓作用

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圖二 二極管限幅器

六、可變電阻作用(阻尼)。我們從二極管的正向導通曲線上可以看出當電壓升高時其電流迅速升高,幅度遠大於電壓的變化,呈負阻特性。在放大電路中為降低增益,將其並聯在LC諧振電路中,當電壓升高時,等效阻抗降低,達到了自動控制增益的目的,見下圖(部分電路)。

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二極管阻尼作用

七、混頻作用。我們知道兩個不同的交流信號通過非線性電路會進行差拍,產生新的信號頻率,而二極管導通後是非線性的,可以加以利用。Us與Ur為不同頻率的信號,通過非線性二極管後混頻,由LC諧振電路選出。其優點是電路簡單,缺點是沒有增益,信號會衰減。

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八、二極管的隔離作用。隔離就是左右支路互相不影響,後級不影響前級。也是利用了其單向導電性,起到了關斷作用。

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二極管的隔離電路圖

九、二極管的降壓作用。二極管半波整流後負載電壓為輸入電源電壓的45%,可以作為有級降壓,在一些小家電中應用較多,現在調壓電路一般採用可控硅實現有級調壓。

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二極管降壓電路圖

十、二極管電源極性保護作用 有些電路對電源極性要求高,接反的時候不就不能正常工作,還有可能燒燬電路,利用二極管的單向導電作用,可以避免電源接反,起到保護電路作用。如下圖運放電源極性保護。

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二極管極性保護電路圖


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