硬件工程師必學電路之二極管應用
"\u003Cdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E二極管\u003C\u002Fstrong\u003E是最基本的\u003Cstrong\u003E電路\u003C\u002Fstrong\u003E器件，硬件工程師經常使用，但你未必能用對，未必能用好。 比如說大家都知道\u003Cstrong\u003E接口\u003C\u002Fstrong\u003E部分一般都需要ESD保護，其實\u003Cstrong\u003ETVS\u003C\u002Fstrong\u003E瞬變電壓抑制二級管用作ESD保護就極爲講究，對於\u003Cstrong\u003EUSB\u003C\u002Fstrong\u003E3.0, \u003Cstrong\u003EHDMI\u003C\u002Fstrong\u003E接口等高速器件，要特別關注TVS管上的結電容參數，一般根據信號速率選取幾個pf，如果電容值過大，電路將無法正常工作，但是對於一般的低速接口或者\u003Cstrong\u003E電源\u003C\u002Fstrong\u003E管腳，此時可以選擇寄生電容值大的TVS管，因爲更便宜，控制BOM的成本也是硬件工程師的重要職責，數據手冊中結電容如下圖一所示。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E實際的工程實際中，二極管常用於交流電壓轉換成直流電壓電路中，也常常用來做穩壓電路，限幅電路，續流電路，挑幾個常見且重要的電流來分析一下。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fc2513f7ba3c545df948b876eadf2be25\" img_width=\"1136\" img_height=\"562\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖1 TVS管中結電容的參數情況\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E二極管的作用就如同是一個電流的單向門。當二極管的陽極相對於陰極爲正電壓時，二極管允許電流通過，而當極性相反後，二極管不允許電流通過。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F582af3ecaed94d339945863fa4d657a8\" img_width=\"209\" img_height=\"158\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fefcf3f6e3312444b85f88becc74fd4d6\" img_width=\"567\" img_height=\"407\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖2 二極管符號及種類\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E#1. 二極管作用的類比水流模擬\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E課本中經常將電壓比作水壓來模擬，同樣二極管的功能也可以類似水流來模擬。二極管相對電流就像是一個單向閥門，比如下圖的正向偏置時，只要偏置電壓超過閾值電壓，閥門就會打開，水流可以順利流下來；對於反向偏置時，閥門無法打開，沒有水流流過。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F1e2ed2f281bc412483eafb6c52d67db9\" img_width=\"326\" img_height=\"141\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fb357b8da6a2f41e5b6da7a24861bccf5\" img_width=\"185\" img_height=\"150\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖3 二極管的類比以及IV曲線\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E以上，右圖是二極管最爲重要的IV曲線，基本上用到所有的二極管都需要重點開此圖，從上圖可以清楚看出，不管二極管的正向電流或者反向電壓都不能超過額定值，否則會損壞。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E#2. 整流二極管\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp9.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fbec9ae6e0e464f7ca4fe97e9ed02f6cb\" img_width=\"624\" img_height=\"252\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖4 \u003C\u002Fem\u003E\u003Cstrong\u003E\u003Cem\u003EAC\u002FDC\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fstrong\u003E\u003Cem\u003E轉換電路簡圖\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E\u003Cstrong\u003E#3. 續流二極管\u003C\u002Fstrong\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在\u003Cstrong\u003E開關\u003C\u002Fstrong\u003E電源的電感中和\u003Cstrong\u003E繼電器\u003C\u002Fstrong\u003E等感性負載中起續流作用，這個功能非常實用。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E在圖5中，開關A和開關B分別利用PFET和NFET開關實現，構成一個同步降壓調節器。“同步”一詞表示將一個FET用作低端開關。用肖特基二極管代替低端開關的降壓調節器稱爲“異步”（或非同步）型。處理低功率時，同步降壓調節器更有效，因爲 FET 的壓降低於肖特基二極管，主要由Rds(on)決定。然而，當電感電流達到0時，如果底部FET未釋放，同步轉換器的輕載效率會降低，而且額外的控制電路會提高IC的複雜性和成本。肖特基二極管可以用作續流二極管，肖特基的PN結比較特殊，這使它具有非常小的結電容，\u003Cstrong\u003E存儲\u003C\u002Fstrong\u003E電荷很少，因此這種結具有非常快的開關速度，可以用於高速嵌位。肖特基二極管特長是：開關速度非常快，反向恢復時間特別短。因此，能製作開關二極管低壓大電流整流二極管。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F7a717ea20a0f4b66ad777103bdbb9523\" img_width=\"353\" img_height=\"163\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖5 降壓穩壓器BUCK電路中肖特基二極管的使用\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E圖6中，開關A和B已分別使用內部NFET和外部肖特基二極管，從而形成異步升壓調節器。對於需要負載隔離和低關斷電流的低功耗應用，可添加外部FET。\u003C\u002Fp\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp1.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002F04fd66ce8a3c43118aa0044eeda0ddb7\" img_width=\"384\" img_height=\"177\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cp\u003E\u003Cem\u003E圖6 升壓調節器BOOST電路中肖特基二極管的使用\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003Cp\u003E順便提一下，整流MOS管開通，關斷所產生的紋波是主要噪聲源之一。開關管開通關斷都會有一個上升時間和下降時間，在電路中會引起同頻的噪聲。輸出迴路的電感也會隨着充電放電產生一個噪聲，同時也會有漏感產生。而解決辦法就是：\u003C\u002Fp\u003E\u003Cul\u003E\u003Cli\u003E用合適的\u003Cstrong\u003E濾波器\u003C\u002Fstrong\u003E濾除。\u003C\u002Fli\u003E\u003Cli\u003E在MOS管外加肖特基二極管，反向恢復時間很短，可以降低損耗。\u003C\u002Fli\u003E\u003C\u002Ful\u003E\u003Cdiv class=\"pgc-img\"\u003E\u003Cimg src=\"http:\u002F\u002Fp3.pstatp.com\u002Flarge\u002Fpgc-image\u002Fb5a7705b0aeb4df2851b2d797df0d5ec\" img_width=\"629\" img_height=\"341\" alt=\"硬件工程師必學電路之二極管應用\" inline=\"0\"\u003E\u003Cp class=\"pgc-img-caption\"\u003E\u003C\u002Fp\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E\u003Cul\u003E\u003Cli\u003E\u003Cbr\u003E\u003C\u002Fli\u003E\u003Cli\u003E\u003Cem\u003E圖7 同步整流器BUCK電路的基本框圖\u003C\u002Fem\u003E\u003C\u002Fli\u003E\u003C\u002Ful\u003E\u003C\u002Fdiv\u003E"'.slice(6, -6),
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