二极管|整流器，剪断器，反向电流保护的应用

在本二极管教程中，我们将看到二极管的一些常见应用。二极管作为一种最简单的半导体元件，在现代电子系统中有着广泛的应用。各种电子和电路都使用这种元件作为产生所需结果的基本装置。

简介

我们知道二极管允许电流只在一个方向流动，因此它充当单向开关。二极管由P型和N型材料制成，有正极和正极两个端子。这个装置可以通过控制施加在这些端子上的电压来操作。

当施加于阳极的电压相对于阴极为正时，二极管称为正偏压。如果施加到二极管上的电压大于阈值水平(对于硅二极管来说，一般是≈0.6V)，那么二极管就充当了短路并允许电流流动。

如果电压的极性发生变化，即阴极相对于阳极是正的，那么它就被称为反向偏压，充当开路电路。因此，没有电流通过它。

二极管的应用领域包括通信系统作为限制器，裁剪器，门;计算机系统如逻辑门、夹钳;整流器和逆变器供电系统;作为鉴相器、限相器、箝位器的电视系统;雷达电路如增益控制电路、参数放大器等。下面简要介绍二极管的各种应用。

二极管的一些常见应用

在看二极管的各种应用之前，让我们快速看一看二极管的常见应用的一个小列表。

• 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

和许多更多。现在让我们更详细地了解二极管的每一种应用。

二极管作为整流器

二极管最常见和最重要的应用是将交流电源整流为直流电源。使用二极管，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整流、全波中心抽头整流和全桥整流。在大多数功率转换应用中使用一个或四个二极管的组合。下图显示二极管在整流器中的工作情况。

• 在输入电源的正半周期内，阳极相对于阴极为正。所以二极管向前偏置。这导致电流流向负载。由于负载是电阻性的，负载电阻上的电压将与电源电压相同，也就是说，输入正弦电压将出现在负载处(只有正周期)。负载电流流量与施加的电压成正比。
• 在输入正弦波的负半周期内，阳极相对于阴极变为负的。所以，二极管反向偏置。因此，没有电流流到负载。电路变成开路，负载上没有电压出现。
• 负载侧的电压和电流都是一个极性，这意味着输出电压是直流脉动。通常，这个整流电路有一个电容，连接到负载的另一端，产生稳定和连续的直流电流，没有任何波纹。

剪辑电路中的二极管

在调频发射机中使用裁剪电路，其中噪声峰值被限制在一个特定的值，以便去除多余的峰值。剪波电路用于延迟电压超过预设值，而不干扰输入波形的其余部分。

根据电路中二极管的配置，这些裁剪器分为两种类型:

• 限幅器系列
• 分流限幅器

此外，这些又被划分为不同的类型。

上图显示的是正串联和分流断路器。并且使用这些裁剪电路，正的半周期的输入电压波形将被删除。在正串联剪波器中，在输入的正周期中，二极管是反向偏置的，因此输出端的电压为零。

因此，正半循环在输出处被剪掉。在输入的负半周内，二极管向前偏置，负半周出现在输出端。

在正分流剪断器中，二极管在正半周期内正向偏置，因此当二极管作为闭合开关时，输出电压为零。在负半周期内，二极管是反向偏置的，并充当打开开关，因此完整的输入电压出现在输出端。用上述两个二极管钳在输出端夹住输入端的正半周。

夹紧电路中的二极管

箝位电路用于将输入信号的正或负峰值移或改变到所需的电平。这种电路也称为电平移位器或直流恢复器。这些箝位电路可以是正的或负的，这取决于二极管的配置。

在正箝位电路中，负峰向上抬高，因此负峰落在零电平上。在负箝位电路中，正峰被箝位，使其向下推，使正峰落在零电平上。

请看下图了解二极管在夹紧电路中的应用。在输入的正半周期内，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的总和(考虑到电容初始充电)。在输入的负半周期内，二极管是正向偏置的，并表现为闭合开关，因此电容充电到输入信号的峰值。

逻辑门中的二极管

二极管还可以执行数字逻辑操作。逻辑开关的低阻抗和高阻抗状态分别类似于二极管的正向偏置和反向偏置条件。因此，二极管可以执行逻辑操作，如与，或等。虽然二极管逻辑是一种较早的方法，有一定的局限性，但在一些应用中使用。大多数现代逻辑门是基于MOSFET的。

下图显示了使用一对二极管和一个电阻实现的或门逻辑。

在上述电路中，输入电压施加在V处，通过控制开关，我们在输出处得到OR逻辑。这里逻辑1表示高电压，逻辑0表示零电压。当两个开关都处于打开状态时，两个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，二极管变成正向偏置，因此输出高。

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，它们级联产生直流输出电压等于施加输入电压的倍数。这些倍增器电路有多种类型，如电压倍增器、三倍器、四倍器等。通过将二极管与电容器结合使用，我们在输出处得到输入峰值电压的奇数或偶数倍。

上图是一个半波电压加倍器电路，其直流输出电压是输入交流电压峰值的两倍。在交流输入的正半周期内，二极管D1为正向偏置，D2为反向偏置。因此，电容C1通过二极管D1充电到输入端的峰值电压Vm。在交流输入的负半周期内，D1为反向偏置，D2为正向偏置。电容C2开始给D2和C1充电。因此，通过C2的总电压等于2Vm。

在下一个正半周期中，二极管D2是反向偏置的，因此电容C2将通过负载放电。同样，通过级联整流电路，我们将在输出处得到输入电压的多个值。

反向极性保护中的二极管

反极性或电流保护是必要的，以避免由于连接电池的错误方式或反转直流电源的极性而发生的损坏。这种电源的偶然连接导致大量电流通过电路元件，这可能导致他们的失败，或者在最坏的情况下，他们的爆炸。

因此，保护或阻塞二极管与输入的正侧串联，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侧的负载串联连接。在极性连接正确的情况下，二极管得到正向偏置和负载电流流过它。但是，在错误的连接情况下，二极管是反向偏置的，不允许任何电流流向负载。因此，负载被保护不受反向极性的影响。

电压尖峰抑制中的二极管

在电感或感性负载的情况下，由于其储存的磁场能量，突然删除电源产生更高的电压。这些意想不到的电压峰值会对其余电路元件造成相当大的损坏。

因此，二极管被连接在电感器或电感负载上，以限制大的电压尖峰。这些二极管在不同的电路中也有不同的名称，如缓冲器二极管、反激二极管、抑制二极管、自由轮二极管等。

在上图中，为了抑制电感器中的电压尖峰，将自由轮二极管连接在感应负载上。当开关突然打开时，电感器中会产生电压尖峰。因此，自由轮二极管为电流的流动提供了一条安全的路径，以放电由尖刺提供的电压。

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。如果太阳能电池板有故障或损坏，或被落叶、雪和其他障碍物遮挡，整体输出功率下降，并产生热点损伤，因为其余电池的电流必须流经这个故障或遮挡的电池，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这个热点加热问题。

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，从而限制了坏的太阳能电池的电压，并允许电流从好的太阳能电池到外部电路。因此，通过限制通过坏的太阳能电池的电流来减少过热问题。

结论

我们有二极管的一些重要应用。这些包括整流器，剪钳，夹钳，电压倍增器，逻辑门，太阳能电池板，反向极性保护和电压尖峰抑制。