6 器件篇-钳位二极管基础知识

文摘   2024-07-31 23:58   湖北  

目录

  • 初识钳位二极管

  • 钳位与稳压

  • 钳位二极管工作原理

  • 二极管钳位电路设计

初识钳位二极管
所谓钳位就是限制电路中的电压,而钳位二极管就是限制电子电路中某一位置电位的二极管。
连接到钳位二极管阳极的电压必须为一个固定的电压(作为参考电压),阴极作为钳位端,用于连接钳位点。二极管的钳位作用就是将钳位端的电压强制控制在参考端电压。
钳位与稳压
  • 钳位二极管
在电子电路设计中,钳位就是限制某位置的电位,使其不大于参考端电压,该位置的电压是可调的。它是利用二极管的正向导通性进行工作的。

  • 稳压二极管
在电子电路设计中,稳压就是某位置的电压稳定在一个恒定值,电位是不变的。它是利用二极管的反向击穿特性来进行工作的。

钳位二极管工作原理
在电路设计中,钳位是将电压控制在固定的电压范围内,二极管最大的特点是单向导通性
3.1 齐纳二极管用作钳位二极管
  • 当输入电压VCC_IN ≤ 12V时,PNP晶体管Q1截止,PMOS管导通,VCC_OUT = VCC_IN
  • 当输入电压VCC_IN ≥ 12.5V时,由于稳压二极管的钳位功能。晶体管Q1的基极电压降控制在12V晶体管Q1开始导通。此时,PMOS管截止,VCC_OUT = 0V

3.2 肖特基二极管用作钳位极管
电压钳位二极管常用来保护MCU的输入和输出端口,使用两个肖特基二极管作为钳位二极管,能有效防止GPIO被静电击穿。
  • PIN脚电压≥VDD时,D1导通,PIN脚电压不能超过VDD+0.7V;
  • PIN脚电压<0V时,D2导通,PIN脚电压不能低于VDD-0.7V

二极管钳位电路设计

4.1 正二极管钳位电路设计

  • 正向电压(与标注电压方向相同)时,二极管导通,电压被钳位在开启电压,约0.7V

  • 负向电压(与标注电压方向相反)时,二极管截止,输出电压与输入电压相等。

4.2 负二极管钳位电路设计
  • 正向电压(与标注电压方向相同)时,二极管导通,电压被钳位在开启电压,约0.7V

  • 负向电压(与标注电压方向相反)时,二极管截止,输出电压与输入电压相等。

4.3 两个半周期钳位电路设计
  • 正向电压时,D1二极管导通,D2二极管截止,电压被钳位在开启电压,约0.7V

  • 负向电压时,D1二极管截止D2二极管导通,电压被钳位在开启电压,约0.7V


4.4 偏置二极管钳位电路设计
使用偏置电压VBIAS和二极管串联,组成一个限幅电路。在二极管完全正向偏置之前,串联组合的两端电压必须大于0.7+VBIAS

4.5 偏置二极管钳位电路设计
原理与4.4节类似,具体实现方式见下:

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