二極管的靜態(tài)特性及應用

Word二極管的靜態(tài)特性及應用（二極管）是最簡單的雙極性（半導體）元件，最初我們對它的認識僅停留在單向導電性這一層面，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有導通，當陽極和陰極之間加上0.7V以上電壓時，就會導通，否則，就不導通。實際二極管的用途是非常豐富的，當然要用好它，所需要學習的知識也是不少的。

簡化模型假設門限電壓為0.7V，電壓反向偏置和不超過0.7時為短路，正向偏置且超過0.7V時等效為0.7V電壓源。對于簡化模型我們很好理解，也可以解決大多數(shù)問題，但是制動二極管的實際伏安特性曲線是什么樣子的也是有必要的。

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

Ix為流過二極管的（電流）

Vx為二極管兩端的電壓

Is為常數(shù)，量級約為1e-16A，表示反向飽和電流，也稱為漏電流，因為當Vx為負時，Ix約為-Is。

Vt為常數(shù)，約為26mV，表示熱電壓

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

當Vx>4Vt=104mV時，表達式可以化簡為Ix=Is*exp(Vx/Vt);

當Vx=778mV時，Ix=1mA;

Vx每增加26mV，Ix擴大e倍約2.7X，Vx每增加60mV，Ix擴大10X;

典型的正向偏置電壓在700mv-800mV之間，超過這個值就燒了;

當二極管從關到開的臨近狀態(tài)時，電壓為門限電壓，但電流約為零。

我們有（AD）S建立一個（仿真）模型，加深一下理解，可以看出當二極管兩端電壓大于0.78V時，導通電流迅速增加，理論上沒增大60mV，電流擴大10倍。

ADS（DC）simulation

伏安特性仿真結果

二極管的應用1：（穩(wěn)壓電源）假如我們手上有一個3V電壓，有一個1.4V的（藍牙）設備需要供電，那么我們就可以用兩個二極管串聯(lián)組成一個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，使用二極管會有有兩點好處：①、壓降比較穩(wěn)定，當3V（電源）有波動時，供給用電設備的電壓始終是1.4V;②、當用電設備輸入阻抗變化時，供給用電設備的電壓始終是1.4V。

二極管的應用2：限幅（電腦）發(fā)出藍牙（信號），命令打印機打印，當打印機離電腦遠時，接收天線接收到的信號較弱，當打印機離電腦近時，接收天線接收到的信號較強，為了能讓打印機不論距離電腦遠近都能工作，我們需要在信號強的時候進行限幅，因為如果信號強度太大，會影響后面整個鏈路的性能。我們可以建立一個DC仿真電路：

從仿真結果看，無論輸入電壓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1.5V之間。

同樣，可以建立一個時域仿真也就是Transient仿真，來看一下時域波形：

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1.5V之間。

二極管的應用3：半波整流電源適配器、充電器等將220V交流電轉換成5V直流電供（手機）充電。一般會從220V通過變壓器降到20V交流電，再通過整流電路將20V交流電轉換成5V直流。

當然，經過二極管后，反向的電流被截止，只保留了正向的電流流過，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（電容）進行濾波，完整的電路為下圖：

原理圖中電阻的作用是保護二極管不被燒掉，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，也就是正向導通壓降。

從圖中可以看出20V的交流電變成了20V直流電。

二極管的應用4：全波整流全波整流也叫整流橋

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

二極管的應用5：電壓倍增電路

這個原理稍微復雜了一點，需要對電容充放電和二極管更深刻的理解，這個后面再另外詳細講解。

二極管的應用6：信號的幅度平移仿真原