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。二极管作为一种最简单的半导体器件,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组件作为一个必要的设备来产生所需的结果。

介绍

我们知道二极管允许仅在一个方向上流动,因此它用作单向开关。二极管由P和N型材料制成,具有两个端子,即阳极和阴极。可以通过控制施加到这些终端的电压来操作该设备。

当施加到阳极的电压相对于阴极是正的,所以将二极管置于正向偏压。如果施加到二极管的电压大于阈值水平(通常,它为硅二极管的≈0.6V为≈0.6V),则二极管用作短路并允许电流。

如果电压的极性改变,即,阴极是正极相对于阳极,那么它是在反向偏压和开路。结果,没有电流流过它。

二极管符号

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。

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。

二极管整流

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。

二极管整流
  • 在输入电源的正半周期内,使阳极相对于阴极为正。所以二极管是正偏的。这导致电流流向负载。由于负载是阻性的,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上(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间,阳极相对于阴极为负。所以二极管是反向偏置的。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,这个整流电路有一个电容,连接在负载上产生稳定和连续的直流电流,没有任何涟漪。

限幅电路中的二极管

剪切电路用于FM发射器,其中噪声峰值限于特定值,使得从它们中取出过量的峰。剪辑电路用于使超出预设值的电压输出,而不会干扰输入波形的剩余部分。

基于电路中的二极管配置,这些快线分为两种类型:

  • 限幅器系列
  • 分流剪刀

此外,这些再次分为不同类型。

正串联和正分流Clipper

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,正半循环在输出处被剪切。在输入的负半周期期间,二极管是正向偏置的,并且在输出中出现负半周期。

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。在负半周期期间,二极管是反向偏置的,作为开路开关,因此整个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。

夹紧电路中的二极管

箝位电路用于转移或改变输入信号的正或负峰值到所需的水平。这种电路也被称为电平转换器或直流恢复器。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,负峰向上上升,因此负峰落在零电平上。在负箝位电路中,正峰被夹住,使其向下推动,使正峰落在零电平上。

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

逻辑门二极管

二极管也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和反向偏置状态。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,有一些限制,但它们在一些应用中使用。大多数现代逻辑门都是基于MOSFET的。

下图显示了使用一对二极管和电阻实现的门逻辑。

逻辑门二极管

在上述电路中,输入电压施加于V,通过控制开关,我们得到了输出的OR逻辑。这里逻辑1表示高电压,逻辑0表示零电压。当两个开关都处于开路状态时,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,二极管变成正向偏压,结果输出是高的。

电压倍增电路中的二极管

电压倍增器由两个或更多个二极管整流电路组成,其级联以产生等于施加的输入电压的倍数的DC输出电压。这些乘数电路采用不同类型,如电压倍增器,三倍,四倍机等。通过使用二极管与电容器的使用,我们得到了输出处的奇数或甚至多个输入峰值电压。

半波电压倍压器

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。因此,电容C1通过二极管D1充电到输入的峰值电压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,我们将在输出处获得多个输入电压的值。

反向极性保护二极管

需要反向极性或电流保护,以避免由于以错误的方式连接电池或者逆转直流电源的极性而发生的损坏。这种意外的供应连接导致大量电流彻底流动电路元件,这可能导致其失败或最坏的情况,他们的爆炸。

因此,保护​​或阻塞二极管与输入的正侧串联连接,以避免反向连接问题。

二极管在反向电流保护

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,负载被防止极性颠倒。

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会对电路部件的其余部分造成相当大的损坏。

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,续流二极管等。

电压尖峰抑制二极管

在上图中,续流二极管通过电感负载连接,以抑制电感器中的电压尖峰。当开关突然打开时,在电感器中创建电压尖峰。因此,续流二极管使得电流流动的安全路径来放电由钉子提供的电压。

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

上图显示了旁路二极管在太阳能电池中的连接。这些二极管与太阳能电池并联连接,从而限制了糟糕的太阳能电池两端的电压,并允许从良好的太阳能电池到外部电路的电流。因此,通过限制通过坏太阳能电池的电流来减少过热问题。

结论

我们有一些重要的二极管应用。这些包括整流器,夹子,夹钳,电压倍增,逻辑门,太阳能电池板,反向极性保护和电压尖峰抑制。

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