|
关于电赛公开课 《模拟电路基础知识讲座》由TI邀请青岛大学傅强老师录制，深入浅出的介绍了与模拟电路及电源相关的基础知识，帮助大家由浅入深地了解产品，更轻松的进行产品的选型和设计。 本课程共计80节视频内容，视频解析文字课40节，每周二、周四更新，欢迎同学观看学习。
本节文字课程相关视频： 二极管的动态特性（点击前往观看）
二极管的分类（点击前往观看）
1 二极管的一般性质
二极管是非线性元件，分析它在电路中的作用的时候，最重要的是要搞清楚二极管导通没有！！！如图1所示：
1) 当阳极和阴极之间加上0.7V以上电压时，就会导通，否则就不导通。
2) 二极管如果不导通，那么就是断路，直接在电路中将其擦除再分析即可。
3) 如果二极管导通，那么它就相当于一个0.7V的电池，仅此而已。
2 二极管的伏安特性
知道二极管导通时等效为0.7V电池就可以解决大多数问题，但是知道二极管的的实际伏安特性曲线是什么样子也是有必要的。如图2所示：
1) 图2（a）是二极管的实际伏安特性曲线，二极管实际可能在0.5V就开始导通，并且二极管的两端电压是会随电流增大而增大的，只不过变化的缓慢。
2) 多数时候，我们近似成图2（b）那样就行，认为0.7V以上二极管导通（也有书使用0.6V标准，这不影响学习），无论电流是多少，端电压不再改变。虽然二极管不会主动产生能量，但是我们只看结果，不看过程，二极管这时就是一个电池了。
3) 个别时候，我们可能把二极管近似看成图2（c），由于电流增加电压确实会增加，于是就引入二极管等效电阻r的概念。这种近似我们后面在三极管放大电路中会用到。
3 二极管的动态特性
低频下，按电池理解二极管即可，但是当高频信号加载在二极管上时，就要考虑二极管的动态特性了。
二极管的单向导电特性并不十分理想，这是因为二极管的本质是由P型半导体和N型半导体接触形成的PN结（点到即止，千万别去百度什么是空穴和载流子）。
1) 如图3所示，PN结除了构成单向导电的二极管外，还存在一个结电容。
2) 结电容对二极管当然不是什么好事，这实际上使二极管可以流过一定量的反相电荷。
3) 不同工艺结构可以使结电容的大小不一样，PN结点接触可以减小结电容，但是显然会降低二极管的通流能力。反之面接触的PN结通流能力强，但结电容更大。
结电容的作用使得实际二极管需要一段时间来“恢复”反向阻断能力，其反向恢复曲线如图4所示：
1) 在tF时刻前，二极管正向导通，UF就是通常说的0.7V，iF很大。
2) 随后电路试图给二极管加反压，但是反压不是马上能加上去的，二极管电流iF在t0时刻降到0。
3) t0-t1这段时间，二极管电流不仅不消失，反而成为反向电流不断增加。这段时间称之为td（dealy），表示的含义是（不服从控制的）延迟时间。
4) t1时刻反向电流达到最大，t1-t2时间段反向电流终于逐渐减小到0，称之为tf（fall）下降时间。
5) td和tf加起来就是trr（reverse revovery）反向恢复时间。这段时间二极管是反向导通的。
6) 可以想象，如果加载在二极管上的信号周期T与反向恢复时间trr在数量级上可比拟的话，二极管的实际效果是“全通”的。所以，trr决定了二极管可适用的电路频率场合。
7) 简单对二极管反向恢复电压的分析，反向电流达到峰值以后会急剧减小，也就是说tf其实很小，这样一来在线路的寄生电感上会产生L*di/dt的尖峰电压URP（reverse peak）。这是十分有害的，可能会击穿二极管。
8) 恢复系数tf/td用来描述二极管反向恢复的“软度”，恢复系数越大，越不易产生有害高压。
4 快恢复二极管与肖特基二极管
按trr大小来区分二极管可分为普通二极管（Rectifier Diode）、快恢复二极管（Fast Recovery EpitaxialDiode，FRED）、肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）。
1) 普通二极管的trr长达ms，基本只能用于对50Hz工频交流电进行整流的场合，因此也成为整流二极管（RectifierDiode）。典型的1N400x系列就是整流二极管。
2) 快恢复二极管的trr小于200ns，一般在50ns以下，可以用于频率较高电路中。数字电路中常用的1N4148就是典型的FRED。
3) 肖特基势垒二极管的trr更短，可达到10ns数量级，并且它有两个特殊优点，一个是导通压降小（意味着功耗小），另一个是恢复软度大（不易产生反向恢复高压）。这两个优点使之特别适合低压开关电源电路，典型如1N5819。
5 稳压二极管
稳压二极管正向导通时，就是普通二极管的特性。当它反向导通时，表现为特定电压的电池，这与正向导通其实也差不多，只不过电压不是固定的0.7V。
1) 稳压二极管首先必须是导通的，才等效为电池，否则就是断路，可以擦掉。
2) 稳压二极管是依靠改变电流来实现端电压稳定的，如图5所示的稳压二极管无论怎么改变流过自身的电流，可以稳出5V电压吗？
3) 如图6所示，稳压二极管必须串联电阻使用，这样才能实现稳压的效果。稳压二极管调节流过自身的电流（同时也是R的电流），从而改变R上压降来实现自身稳定输出5V的目的。
4) 稳压二极管的串联电阻R是需要计算的，如图7所示的稳压应用，负载上能够得到所需要的稳压值吗？显然不能，因为稳压二极管无论怎么改变流过自身的电流，端电压也不可能是5V。分析方法很简单，稳压管在电路中与负载是并联关系，所以稳压二极管的作用只能是加重负载（使并联电阻减小），图7所示的电路中，即使没有稳压二极管，负载与串联电阻的分压也不到1V，所以，无论如何是稳压不出5V的。
5) 将来我们会发现很多元件的“号称”（例如稳压）特性都是有前提条件的，它们总是通过调节A（例如电流）来实现B（例如稳压），如果怎么调节A都实现不了B，那么“号称”属性就不成立。
6 发光二极管
发光二极管就是导通时会发出特定波长光的二极管。
1) 发光二极管导通压降要比普通二极管高，具体由发光波长（颜色）决定。
2) 发光二极管的伏安特性基本与普通二极管一致，因此决定发光二极管亮度的是电流，而不是电压（电压变化很小，电流变化很大，所以功率基本只和电流有关）。
3) 如图8所示，发光二极管作为指示用途时，是通过串联限流电阻的方法来使用的。
红绿蓝（RGB）是光的三原色，蓝光二极管最晚诞生（1989才首次实现，获2014年炸药奖），从此发光二极管有了合成白光的光源，发光二极管（LED）照明开始飞速发展。
1) 如图8那样靠限流电阻限流会消耗额外的功率，影响LED照明灯的效率。
2) 优质的LED照明驱动电源是使用恒流源而不是通常的恒压源。
3) 恒压源的加上电流反馈控制就能转变成恒流源，在后续的电源管理章节会有设计实例。
以上就是本节公开课的全部内容，通过本节课程的学习，你收获了什么？ 欢迎大家留言作答以下题目，答案将在下期公开课公布。在答案公布前作答正确的同学，还将获得5枚赫兹币奖励哦~
课后问答：
1、 不导通的二极管和导通的二极管在电路中可以如何简化？
参考答案：不导通的二极管可以认为其不存在，导通的二极管可认为是直流电池。
2、 二极管结电容对二极管的影响表现在哪些方面？
参考答案：高频时不能简单认为单向导电，会影响二极管的适用频率范围。
3、 二极管反向恢复过程会带来什么不良影响？
参考答案：反向恢复过程会导致线路寄生电感产生高压，可能损坏二极管。
| 
[复制链接]
投票
