二极管的应用，|整流器，断路器，反向电流保护

在这个二极管教程中，我们将看到二极管的一些常见应用。作为一种最简单的半导体元件，二极管在现代电子系统中有着广泛的应用。各种电子和电路使用这个元件作为必需的设备来产生所需的结果。

简介

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这些端子上的电压来操作。

当施加在阳极上的电压相对于阴极是正的，二极管被称为正偏置。如果施加到二极管上的电压大于阈值电平(硅二极管一般为≈0.6V)，则二极管短路并允许电流流动。

如果电压的极性发生变化，即阴极相对于阳极变为正极，那么它就处于反向偏置，起到开路的作用。因此，没有电流通过它。

二极管的应用领域包括通信系统，如限制器、断路器、门;计算机系统如逻辑门、夹具;整流器和逆变器等电源系统;电视系统如鉴相器、限相器、箝位器;雷达电路如增益控制电路、参数放大器等。下面的描述简要地介绍了二极管的各种应用。

二极管的一些常见应用

在看二极管的各种应用之前，让我们快速地看一下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

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。

二极管整流器

二极管最常见和最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。在大多数的功率转换应用中使用单个或四个二极管的组合。下图显示二极管在整流器中的运行情况。

• 在输入电源的正半循环期间，阳极相对于阴极是正的。因此，二极管向前偏置。这导致电流流向负载。由于负载是电阻的，负载电阻上的电压将与电源电压相同，即，输入正弦电压将出现在负载(只有正循环)。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，阳极相对于阴极为负。所以二极管会反向偏置。因此，没有电流流向负载。电路变成开路，负载上没有电压。
• 负载侧电压和电流均为一极性，即输出电压为脉动直流。通常，这种整流电路有一个电容，它连接在负载上，产生稳定而连续的直流电流，没有任何波纹。

裁剪电路中的二极管

剪辑电路用于调频发射机，其中噪声峰值被限制在一个特定的值，以便从它们中去除多余的峰值。该截断电路用于将电压延迟到超过预设值，而不干扰输入波形的其余部分。

根据电路中二极管的配置，这些剪片分为两种类型:

• 限幅器系列
• 分流限幅器

此外，这些又被划分为不同的类型。

上图显示了正串联和分流钳。使用这些截断电路，输入电压波形的正半周期将被去除。在正串联斩波器中，在输入的正循环期间，二极管反向偏置，因此输出端的电压为零。

因此，正半周期在输出处被截断。在输入的负半周期，二极管是前偏的，负半周期出现在输出。

在正分流钳，二极管是正向偏置在正半周期，因此输出电压为零作为二极管作为一个闭合开关。在负半周期，二极管是反向偏置和作为开路开关，所以全部输入电压出现在输出端。使用上述两个二极管箝位器，输入的正半周被箝位在输出端。

箝位电路中的二极管

箝位电路用于将输入信号的正峰值或负峰值移置或改变到所需的电平。这种电路也被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，取决于二极管的配置。

在正箝位电路中，负峰向上凸起，因此负峰落在零电平上。在负箝位电路的情况下，正峰被箝位，使其向下推动，使正峰落在零电平上。

看下图了解二极管在箝位电路中的应用。在输入的正半周期，二极管是反向偏置，因此输出电压等于输入电压和电容电压的总和(考虑到电容最初是充电的)。在输入的负半周期，二极管是前偏的，并表现为一个闭合开关，因此电容器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运算。逻辑开关的低阻抗和高阻抗状态分别类似于二极管的正偏和反偏状态。因此，二极管可以进行逻辑运算，如与、或等。虽然二极管逻辑是一种较早的方法，但有一些局限性，这些局限性在一些应用中得到了应用。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OR门逻辑。

在上述电路中，输入电压施加在V，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，二极管变为正向偏置，因此输出高。

电压倍增电路中的二极管

电压乘法器由两个或多个二极管整流电路组成，它们级联产生等于外加输入电压倍数的直流输出电压。这些倍增电路有不同的类型，如电压倍增、三倍、四倍等。利用二极管与电容器相结合的方法，可以得到输出端输入峰值电压的奇数倍或偶数倍。

上图为半波倍压电路，其直流输出电压为交流输入峰值电压的两倍。在交流输入的正半周期内，二极管D1是正偏的，D2是反偏的。因此，电容器C1通过二极管D1向输入端的峰值电压Vm充电。在交流输入的负半周期内，D1是反偏的，D2是正偏的。因此，电容器C2开始对D2和C1充电。因此，C2上的总电压等于2Vm。

在下一个正半周期，二极管D2是反向偏置，所以电容C2将通过负载放电。同样，通过级联整流电路，我们将得到多个输入电压在输出。

反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在错误的方式或倒转直流电源的极性发生的损害。电源的意外连接会使大量电流流过电源电路元件，这可能会导致他们的失败，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。

上图显示的是反向电流保护电路，二极管在电池电源的正侧与负载串联。在正确的极性连接的情况下，二极管得到正向偏置和负载电流流过它。但是，在错误连接的情况下，二极管是反向偏置的，这不允许任何电流流向负载。因此，负载被保护对反极性。

抑制电压尖峰二极管

在电感器或感应负载的情况下，由于其存储的磁场能量，电源的突然移除会产生更高的电压。电压中这些意想不到的尖峰会对其余的电路元件造成相当大的损坏。

因此，二极管被连接到电感或电感负载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，如缓冲二极管、反激二极管、抑制二极管、自由放电二极管等。

在上图中，自由轮二极管连接在电感负载上以抑制电感中的电压尖峰。当开关突然打开时，在电感器中产生一个电压尖峰。因此，自由放电二极管为电流的流动提供了一个安全的路径放电电压提供了尖峰。

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坏，因为剩余的电池的电流必须流经这个故障或遮挡的电池，从而导致过热。旁路二极管的主要功能是保护太阳能电池对这一热点加热问题。

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，通过限制电流通过坏的太阳能电池减少过热问题。

结论

我们有一些二极管的重要应用。这些包括整流器，剪子，夹子，电压倍增器，逻辑门，太阳能电池板，反极性保护和电压尖峰抑制。