二极管|的应用整流器,削波器,逆电流保护

在本二极管教程中,我们将看到一些常见的二极管应用。作为最简单的半导体组件,二极管在现代电子系统中具有各种各样的应用。各种电子和电气电路使用该组件作为产生所需结果的基本装置。

介绍

我们知道二极管只允许电流在一个方向流动,因此它作为一个单向开关。二极管由P型和N型材料制成,有阳极和阴极两个端子。这个装置可以通过控制施加在它上的电压来操作。

当施加到阳极的电压相对于阴极是正的时,二极管正向偏置。如果施加到二极管的电压大于阈值水平(通常为0.6V),则二极管用作短路并允许电流。如果改变电压的极性,则表示相对于阳极对阳极进行正极的,则它是反向偏置的并且用作开路导致的输出无电流。

二极管符号
二极管

二极管的应用领域包括作为限制仪,快船,门的​​通信系统;计算机系统作为逻辑门,夹子;电源系统作为整流器和逆变器;电视系统作为相位探测器,限制器,夹子;雷达电路作为增益控制电路,参数放大器等。以下描述简要描述了二极管的各种应用。

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二极管的一些常见应用

在看一看二极管的各种应用之前,让我们快速地看一看二极管的一些常见应用。

  • 整流器
  • 限幅器电路
  • 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个应用。

二极管作为整流器

二极管最常见和重要的应用是将交流电源整流到直流电源。利用二极管,我们可以构造不同类型的整流电路。这些整流电路的基本类型是半波、全波中心抽头和全桥整流器。在大多数的功率转换应用中使用一个或四个二极管的组合。下图显示整流二极管的工作原理。

二极管作为整流器
二极管作为整流器
  • 在输入电源的正半周期期间,阳极相对于阴极进行正面,因此二极管偏向偏置。这些结果将电流流到负载。由于负载电阻电阻电阻器的电压将与电源电压相同,这意味着输入正弦电压将出现在负载处。并且负载电流流量与施加的电压成比例。
  • 在输入正弦波的负半周期间,使阳极相对于阴极为负,因此二极管得到反向偏置。因此,没有电流流向负载。电路变成开路,负载上没有电压。
  • 负载侧的电压和电流都是一个极性意味着输出电压是脉动DC。通常,该整流电路具有电容器,该电容器连接在负载上,以产生稳定和连续的直流电流而没有任何涟漪。

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限幅电路中的二极管

限幅电路用于调频发射机,噪声峰值被限制在一个特定的值,以便从它们中去除过多的峰值。削波电路用于在不干扰输入波形其余部分的情况下延迟超过预设值的电压。根据二极管在电路中的配置,这些削波器分为两种类型;串联和分流的削波器,这些又分为不同的类型。

正系列和积极分流剪刀

上图显示了正串联和并联的削波器。使用这些削波电路,输入电压波形的正半周期将被去除。在正串联限幅器中,在输入的正循环期间,二极管是反向偏置的,因此输出的电压为零。因此,正半周期在输出处被截断。在输入端负半周时,二极管正偏,负半周出现在输出端。

在正分流限幅器中,二极管在正半周期内是正向偏置的,因此输出电压为零,二极管作为一个闭合开关。而在负半周期二极管是反向偏压和作为开路开关,因此全输入电压出现在输出。使用上述两个二极管削波器,输入端正半周期在输出端被削波。

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夹紧电路中的二极管

夹持电路用于将输入信号的正面或负峰值转换为所需的水平。该电路也称为电平移位器或DC恢复器。这些钳位电路可以是正的或负取决于二极管配置。在正夹紧电路中,负峰被向上升高,因此负峰值落在零水平上。在负夹紧电路的情况下,夹紧正峰,使得它向下推动,使得正峰值落在零水平上。

请看下面的图表来理解二极管在箝位电路中的应用。在输入的正半周期间,二极管是反向偏置的,因此输出电压等于输入电压和电容电压之和(考虑电容初始充电)。在输入的负半周期间,二极管是正偏的,表现为一个闭合开关,因此电容充电到输入信号的一个峰值。

钳位电路
钳位电路

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逻辑门中的二极管

二极管还可以执行数字逻辑操作。逻辑开关的低和高阻抗状态类似于二极管的正向和反向偏置条件。因此,二极管可以执行诸如且等的逻辑操作,但是等。尽管二极管逻辑是具有一些限制的前面的方法,但这些方法用于一些应用中。下图显示了使用一对二极管和电阻实现的门逻辑。

逻辑门中的二极管
逻辑门中的二极管

在上述电路输入电压在V和通过控制输出时控制开关,通过控制开关。这里逻辑1表示高电压和逻辑0表示零电压。当两个开关处于打开状态时,二极管都处于反向偏置状态,因此输出Y处的电压为零。当任何一个开关关闭时,二极管变为正向偏置,结果输出高。

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电压倍增电路中的二极管

电压倍增器由两个或多个二极管整流电路组成,其级联产生的直流输出电压等于所加输入电压的倍增器。这些乘法器电路有不同的类型,如电压倍频器、三倍频器、四倍频器等。采用二极管与电容器组合的方法,得到了输出端输入电压峰值的奇倍或偶倍。

半波电压倍压器
半波电压倍增器

上图显示了一个半波倍压电路,其直流输出电压是输入交流峰值电压的两倍。在交流输入的正半周期间,二极管D1是正偏,D2是反偏。所以电容C1通过二极管D1将输入端充电到峰值电压Vm。在交流输入负半周期间,D1为反向偏置,D2为正向偏置。电容C2开始彻底充电D2和C1。因此,通过C2的总电压等于2Vm。

在下一个正半周期期间,二极管D2是反向偏置的,所以电容器C2将通过负载排出。同样通过级联整流器电路,我们将获得输出处的输入电压的多个值。

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反向电流保护中的二极管

反极性或电流保护是必要的,以避免由于连接电池错误的方式或反向直流电源的极性发生损坏。这种意外的连接电源导致流动大量的电流,彻底的电路元件结果爆炸他们。因此,一个保护或阻塞二极管串联与输入的正侧,以避免反向连接问题。

反向电流保护二极管
反向电流保护二极管

上图为反向电流保护电路,二极管与负载串联在电池电源的正侧。在正确的极性连接情况下,二极管得到正向偏压和负载电流流过它。但是,在错误的连接情况下,二极管是反向偏置的,不允许任何电流流到负载。因此,负载受到反向电流的保护。

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电压尖峰抑制二极管

在电感器或电感载荷的情况下,由于其存储的磁场能量,供应源的突然移除产生更高的电压。这些意外的尖峰电压可能导致电路元件造成相当大的损坏。因此,二极管通过电感器或电感负载连接以限制大电压尖峰。这些二极管也被不同的电路中的不同名称调用,例如缓冲二极管,反激二极管,抑制二极管和续流二极管等。

电压尖峰抑制二极管
电压尖峰抑制二极管

在上图中,自由滚轮二极管通过电感负载连接,以抑制电感中的电压尖峰。当开关突然打开时,在电感器中产生电压尖峰。因此,自由的二极管使安全的路径流动电流放电电压提供的尖峰。

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太阳能电池板中的二极管

用于太阳能电池板保护的二极管称为旁路二极管。如果太阳能电池板故障或损坏,或被落叶、雪和其他障碍物遮挡,整体输出功率会下降,并产生热点损伤,因为剩余的电池电流必须通过这个故障或遮挡的电池,导致过热。旁路二极管的主要功能是保护太阳能电池免受热点加热的问题。

太阳能电池板中的二极管
太阳能电池板中的二极管

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。因此,限制电压通过不良的太阳能电池,并允许电流从良好的太阳能电池到外部电路。因此,通过限制通过不良太阳能电池的电流来减少过热问题。

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接下来,如何测试一个二极管

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