干貨丨整流二極管的應(yīng)用
2023-07-03 17:30
二極管，這類器件想必大家應(yīng)該非常熟悉，二極管是用半導(dǎo)體材料(硅、硒、鍺等)制成的一種電子器件。二極管有兩個(gè)電極，正極，又叫陽極；負(fù)極，又叫陰極，給二極管兩極間加上正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通， 加上反向電壓時(shí)，二極管截止。二極管的導(dǎo)通和截止，則相當(dāng)于開關(guān)的接通與斷開。十個(gè)字概括這種元器件就是：單向?qū)ǖ陌雽?dǎo)體器件；但二極管也分很多種類，開關(guān)二極管、肖特基二極管、穩(wěn)壓二極管、TVS管、ESD保護(hù)管等等…
但今天我們要講的是整流二極管，其中整流二極管又分為普通的整流二極管（材料多為硅、鍺）和肖特基二極管（材料為金屬和硅），乃至后續(xù)的碳化硅二極管。但今天對于這些管子的特性和參數(shù)不做贅述，主要想帶大家一起了解的是這些管子在電路中的常見應(yīng)用，這些應(yīng)用樸實(shí)無華且簡單，但在電路中不可或缺，相信了解完之后，大家對這類器件也會(huì)有一個(gè)較為清楚的認(rèn)知。
應(yīng)用一：防反電路
這個(gè)電路的應(yīng)用非常廣，小到手機(jī)電源充電器，大到汽車充電樁，防反需求都是必不可少的。防反電路顧名思義，就是防止電源反接對充電的電池或者負(fù)載造成不可逆的損壞，而這個(gè)電路最簡單的方法就是利用二極管的單向?qū)щ娦浴?/span>
如圖，在正電源處串聯(lián)一個(gè)二極管，正常情況下二極管導(dǎo)通，燈泡正常工作。
圖1
當(dāng)電源如圖2接反時(shí)，二極管截止，電源無法形成回路，電路板不工作，可以有效防止電源接反的問題。
圖2
以上也是最簡單的防反電路，防反電路也能夠防止復(fù)雜電路中電流的倒灌。但實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槎O管本身存在壓降（0.7V左右），如果有2A的電流通過，理論就會(huì)產(chǎn)生1.4W的功耗，且發(fā)熱量也會(huì)較大，因此現(xiàn)在大多將二極管換成MOSFET、整流橋或者是保險(xiǎn)絲加穩(wěn)壓管的組合。
應(yīng)用二：整流電路
眾所周知，我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娫赐ǔＪ墙涣麟?，而汽車除了一些子設(shè)備使用的是直流，其他像充電方面和電機(jī)方面，都會(huì)涉及到交流電，這時(shí)候就需要用到二極管一個(gè)最重要的作用：整流。
圖3
如圖3，我們用電阻簡單模擬負(fù)載，右邊是一個(gè)頻率40Hz的交流電源，圖中可直觀的看到電流流向有兩個(gè)不同方向，且按照固定頻率來回交替。那如果負(fù)載只能接收定向電流方向的直流電，那我們就得對電路做一丟丟的更改。
圖4
如圖4，電流方向從正反交替，變?yōu)橹挥袉蜗蛄魍ǎ鸬疥P(guān)鍵性作用的就是電路中的二極管，正向?qū)ǚ聪蚪刂?，刨除漏電流，它擋住了對于它來說反向的電流，使得電路中只有單一流向的電流可以構(gòu)成回路。當(dāng)然，如果整流電路如此設(shè)計(jì)效率會(huì)非常低，我們可以觀察波形，加入單個(gè)二極管后有一半的波形消失了，而這一半的波形是被二極管“斬掉”的。
那么有沒有可以保留完整波形的情況下，將電流整成固定流向的設(shè)計(jì)呢？
自然是有的，我們可以看圖5，整流電路的進(jìn)化版：整流橋。
圖5
我們從圖中負(fù)載（就是那個(gè)電阻）的波形可以看出，電流在變成單一流向的同時(shí)，讓交流電源的正反電流都能構(gòu)成有效回路，相比上一個(gè)電路，效率方面也大大提高，這也是整流電路中最常用的設(shè)計(jì)。
應(yīng)用三：續(xù)流電路
這個(gè)電路算是一個(gè)延展，因?yàn)橐彩抢枚O管單向?qū)ǖ奶匦?，所以大概提一下。對于部分電路中?huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的感性電動(dòng)勢的情況，會(huì)用到這個(gè)電路，比較常見的就是繼電器。
圖6
感性負(fù)載在斷電后電流迅速減小，電感線圈儲(chǔ)存的能量由于自感效應(yīng)線圈會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的電勢阻止電流的變化，這其實(shí)是一個(gè)能量釋放過程，如果電感線圈開路其兩端產(chǎn)生的電壓將幾倍于電源電壓，可能擊穿設(shè)備絕緣，此時(shí)就需要一個(gè)泄放出口，這個(gè)時(shí)候二極管就是一個(gè)很好的選擇。
通常續(xù)流二極管會(huì)選用快速開關(guān)二極管和肖特基二極管，因?yàn)椴糠蛛娐穼ΧO管的反向恢復(fù)速度也有要求。一般來說，續(xù)流二極管反向并聯(lián)在感性負(fù)載邊上（見圖6），正常工作下不導(dǎo)通，不占用電路中的功耗；在開關(guān)關(guān)閉的瞬間與感性負(fù)載組成回路，二極管可以正向?qū)?，快速泄放掉多余電?dòng)勢，防止多余電動(dòng)勢對負(fù)載或者電路中其他器件造成損傷。從圖中也可以看到一個(gè)明顯的尖峰，那個(gè)就是繼電器積攢的電動(dòng)勢。
以上就是我整理出來的一些管子的主要應(yīng)用，部分應(yīng)用像功率因數(shù)校正、交流電壓調(diào)制等也省略未講，電路圖設(shè)計(jì)較為簡陋，但突出一個(gè)直觀，主要是希望對大家理解整流管這方面有所幫助；穩(wěn)壓管方面由于篇幅有限，下次有機(jī)會(huì)再和大家探討；對于文章中有疑問的地方也歡迎隨時(shí)探討，回見！
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