二極管的靜態(tài)特性及應(yīng)用

Word二極管的靜態(tài)特性及應(yīng)用（二極管）是最簡(jiǎn)單的雙極性（半導(dǎo)體）元件，最初我們對(duì)它的認(rèn)識(shí)僅停留在單向?qū)щ娦赃@一層面，也就是它的通斷特性，即分析它在電路中的作用，最重要的是搞清楚二極管有沒(méi)有導(dǎo)通，當(dāng)陽(yáng)極和陰極之間加上0.7V以上電壓時(shí)，就會(huì)導(dǎo)通，否則，就不導(dǎo)通。實(shí)際二極管的用途是非常豐富的，當(dāng)然要用好它，所需要學(xué)習(xí)的知識(shí)也是不少的。

簡(jiǎn)化模型假設(shè)門限電壓為0.7V，電壓反向偏置和不超過(guò)0.7時(shí)為短路，正向偏置且超過(guò)0.7V時(shí)等效為0.7V電壓源。對(duì)于簡(jiǎn)化模型我們很好理解，也可以解決大多數(shù)問(wèn)題，但是制動(dòng)二極管的實(shí)際伏安特性曲線是什么樣子的也是有必要的。

復(fù)雜模型實(shí)際二極管的伏安特性曲線更接近表達(dá)式：Ix=Is[exp(Vx/Vt)-1]

Ix為流過(guò)二極管的（電流）

Vx為二極管兩端的電壓

Is為常數(shù)，量級(jí)約為1e-16A，表示反向飽和電流，也稱為漏電流，因?yàn)楫?dāng)Vx為負(fù)時(shí)，Ix約為-Is。

Vt為常數(shù)，約為26mV，表示熱電壓

復(fù)雜模型的表達(dá)式是指數(shù)形式，而且有1e-16怎么小的常數(shù)，很難理解，為了能在腦海里對(duì)這個(gè)模型有個(gè)概念，我歸納了以下幾點(diǎn)：

當(dāng)Vx>4Vt=104mV時(shí)，表達(dá)式可以化簡(jiǎn)為Ix=Is*exp(Vx/Vt);

當(dāng)Vx=778mV時(shí)，Ix=1mA;

Vx每增加26mV，Ix擴(kuò)大e倍約2.7X，Vx每增加60mV，Ix擴(kuò)大10X;

典型的正向偏置電壓在700mv-800mV之間，超過(guò)這個(gè)值就燒了;

當(dāng)二極管從關(guān)到開的臨近狀態(tài)時(shí)，電壓為門限電壓，但電流約為零。

我們有（AD）S建立一個(gè)（仿真）模型，加深一下理解，可以看出當(dāng)二極管兩端電壓大于0.78V時(shí)，導(dǎo)通電流迅速增加，理論上沒(méi)增大60mV，電流擴(kuò)大10倍。

ADS（DC）simulation

伏安特性仿真結(jié)果

二極管的應(yīng)用1：（穩(wěn)壓電源）假如我們手上有一個(gè)3V電壓，有一個(gè)1.4V的（藍(lán)牙）設(shè)備需要供電，那么我們就可以用兩個(gè)二極管串聯(lián)組成一個(gè)1.4V穩(wěn)壓源。

一般我們想到的是用電阻分壓同樣可以得到1.4V的電壓呀，如下圖，但是相比電阻分壓電路，使用二極管會(huì)有有兩點(diǎn)好處：①、壓降比較穩(wěn)定，當(dāng)3V（電源）有波動(dòng)時(shí)，供給用電設(shè)備的電壓始終是1.4V;②、當(dāng)用電設(shè)備輸入阻抗變化時(shí)，供給用電設(shè)備的電壓始終是1.4V。

二極管的應(yīng)用2：限幅（電腦）發(fā)出藍(lán)牙（信號(hào)），命令打印機(jī)打印，當(dāng)打印機(jī)離電腦遠(yuǎn)時(shí)，接收天線接收到的信號(hào)較弱，當(dāng)打印機(jī)離電腦近時(shí)，接收天線接收到的信號(hào)較強(qiáng)，為了能讓打印機(jī)不論距離電腦遠(yuǎn)近都能工作，我們需要在信號(hào)強(qiáng)的時(shí)候進(jìn)行限幅，因?yàn)槿绻盘?hào)強(qiáng)度太大，會(huì)影響后面整個(gè)鏈路的性能。我們可以建立一個(gè)DC仿真電路：

從仿真結(jié)果看，無(wú)論輸入電壓Vx怎么變化，二極管管和1V直流電源配合可以使輸出電壓在正負(fù)1.5V之間。

同樣，可以建立一個(gè)時(shí)域仿真也就是Transient仿真，來(lái)看一下時(shí)域波形：

同樣可以看到輸入波形為峰值3V的正弦波，輸出電壓始終在正負(fù)1.5V之間。

二極管的應(yīng)用3：半波整流電源適配器、充電器等將220V交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電供（手機(jī)）充電。一般會(huì)從220V通過(guò)變壓器降到20V交流電，再通過(guò)整流電路將20V交流電轉(zhuǎn)換成5V直流。

當(dāng)然，經(jīng)過(guò)二極管后，反向的電流被截止，只保留了正向的電流流過(guò)，輸出電壓只有正方向，但是顯然現(xiàn)在得到的輸出電壓不是直流，還需要通過(guò)（電容）進(jìn)行濾波，完整的電路為下圖：

原理圖中電阻的作用是保護(hù)二極管不被燒掉，電容的作用是濾波，0.7V直流源的作用是抵消二極管的管壓降，也就是正向?qū)▔航怠?/p>

從圖中可以看出20V的交流電變成了20V直流電。

二極管的應(yīng)用4：全波整流全波整流也叫整流橋

仿真電路圖與仿真結(jié)果如下，同樣完整的電路需要（電容濾波），這里就不再重復(fù)了。

二極管的應(yīng)用5：電壓倍增電路

這個(gè)原理稍微復(fù)雜了一點(diǎn)，需要對(duì)電容充放電和二極管更深刻的理解，這個(gè)后面再另外詳細(xì)講解。

二極管的應(yīng)用6：信號(hào)的幅度平移仿真原