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二極管的應用| 整流器，削波器，反向電流保護
二極管的應用| 整流器，削波器，反向電流保護
在本二極管教程中，我們將看到二極管的一些常見應用。作為最簡單的半導體組件，二極管在現代電子系統中具有廣泛的應用。各種電子電路均使用此組件作為產生所需結果的必要設備。
我們知道，二極管僅允許電流在一個方向上流動，因此它可以用作單向開關。二極管由P和N型材料制成，并具有兩個端子，即陽極和陰極。可以通過控制施加在這些端子上的電壓來操作該設備。
當施加到陽極的電壓相對于陰極為正時，二極管稱為正向偏置。如果施加到二極管的電壓大于閾值電平（通常對于硅二極管約為0.6V），則二極管起短路作用并允許電流流過。
如果改變電壓的極性，即使陰極相對于陽極為正，則稱其為反向偏置并充當開路。結果，沒有電流流過。
二極管的應用領域包括通信系統，如限幅器，限幅器，門；計算機系統，如邏輯門，鉗位器；整流器和逆變器等電源系統；電視系統，用作鑒相器，限幅器，鉗位器；雷達電路，如增益控制電路，參數放大器等。以下描述簡要描述了二極管的各種應用。
二極管的一些常見應用
在研究二極管的各種應用之前，讓我們快速瀏覽一下二極管的一小部分常見應用。
整流器
快船電路
鉗位電路
反向電流保護電路
在邏輯門
電壓倍增器
還有很多。現在讓我們更詳細地了解二極管的每種應用。
二極管作為整流器
二極管最常見，最重要的應用是將交流電整流為直流電。使用二極管，我們可以構建不同類型的整流器電路。這些整流器電路的基本類型是半波，全波中心抽頭和全橋式整流器。大多數功率轉換應用中使用單個二極管或四個二極管的組合。下圖顯示了整流器中二極管的工作情況。
在輸入電源的正半周期內，使陽極相對于陰極為正。因此，二極管正向偏置。這導致電流流向負載。由于負載是電阻性的，因此負載電阻器兩端的電壓將與電源電壓相同，即，輸入正弦電壓將出現在負載處（僅正周期）。負載電流與施加的電壓成正比。
在輸入正弦波的負半周期內，使陽極相對于陰極為負。因此，二極管反向偏置。因此，沒有電流流向負載。電路開路，負載兩端無電壓。
負載側的電壓和電流均為極性，表示輸出電壓為脈動直流電。通常，該整流電路具有一個跨接在負載兩端的電容器，以產生穩定且連續的直流電流，而不會產生任何波動。
削波電路中的二極管
削波電路用在FM發射器中，在該發射器中，噪聲峰值被限制為特定值，以便從中去除過多的峰值。削波器電路用于在不干擾輸入波形的其余部分的情況下延遲超過預設值的電壓。
根據電路中的二極管配置，這些削波器分為兩種類型：
系列飛剪機
分流快船
此外，這些又被分類為不同的類型。
上圖顯示了正向串聯鉗和并聯鉗。使用這些削波器電路，將消除輸入電壓波形的正半個周期。在正串聯削波器中，在輸入的正周期內，二極管反向偏置，因此輸出端的電壓為零。
因此，正半周期在輸出端被截斷。在輸入的負半個周期內，二極管被正向偏置，并且負半個周期出現在輸出兩端。
在正并聯削波器中，二極管在正半周期內被正向偏置，因此當二極管用作閉合開關時，輸出電壓為零。在負半周期內，二極管反向偏置并充當開路開關，因此整個輸入電壓會出現在輸出兩端。使用以上兩個二極管削波器，輸入的正半周期被削波在輸出處。
鉗位電路中的二極管
鉗位電路用于將輸入信號的正或負峰值移位或更改為所需電平。該電路也稱為電平轉換器或直流恢復器。這些鉗位電路可以為正，也可以為負，具體取決于二極管的配置。
在正鉗位電路中，負峰值向上升高，因此負峰值落在零電平上。在負鉗位電路的情況下，正峰被鉗位，以使其向下推動，使正峰落在零電平上。
請看下圖，以了解二極管在鉗位電路中的應用。在輸入的正半周期內，二極管反向偏置，因此輸出電壓等于輸入電壓和電容器電壓之和（考慮到電容器最初已充電）。在輸入的負半周期內，二極管會被正向偏置并充當閉合開關，因此電容器會充電至輸入信號的峰值。
邏輯門中的二極管
二極管還可以執行數字邏輯運算。邏輯開關的低阻抗狀態和高阻抗狀態分別類似于二極管的正向和反向偏置狀態。因此，二極管可以執行諸如AND，OR等的邏輯運算。盡管二極管邏輯是一種較早的方法，但存在一些局限性，但在某些應用中會使用這些邏輯。大多數現代邏輯門基于MOSFET。
下圖顯示了使用一對二極管和一個電阻器實現的或門邏輯。
在上面的電路中，輸入電壓施加在V上，通過控制開關，我們在輸出端獲得OR邏輯。此處邏輯1表示高電壓，邏輯0表示零電壓。當兩個開關均處于斷開狀態時，兩個二極管均處于反向偏置狀態，因此輸出Y的電壓為零。當任一開關閉合時，二極管變為正向偏置，結果輸出為高。
倍壓電路中的二極管
電壓倍增器由兩個或更多個二極管整流器電路組成，這些二極管整流器電路級聯產生直流輸出電壓，該直流輸出電壓等于施加的輸入電壓的倍數。這些乘法器電路具有不同的類型，例如倍壓器，三倍器，四倍頻器等。通過將二極管與電容器結合使用，我們可以在輸出端獲得輸入峰值電壓的奇數或偶數倍。
上圖顯示了一個半波電壓倍增器電路，其直流輸出電壓是峰值輸入交流電壓的兩倍。在交流輸入的正半周期間，二極管D1正向偏置，而D2反向偏置。因此，電容器C1充電至通過二極管D1的輸入的峰值電壓Vm。在交流輸入的負半周期內，D1被反向偏置，D2被正向偏置。因此，電容器C2開始通過D2和C1充電。因此，C2兩端的總電壓等于2Vm。
在下一個正半周期內，二極管D2被反向偏置，因此電容器C2將通過負載放電。同樣，通過級聯整流器電路，我們將在輸出端獲得輸入電壓的多個值。
反向極性保護中的二極管
必須使用反極性或電流保護，以避免由于錯誤地連接電池或顛倒直流電源的極性而造成的損壞。電源的這種意外連接會導致大量電流流過電路組件，這可能會導致其故障或在最壞的情況下導致爆炸。
因此，保護或隔離二極管與輸入的正極串聯連接，以避免反向連接問題。
上圖顯示了反向電流保護電路，其中二極管與電池電源正極的負載串聯連接。如果極性連接正確，則二極管會正向偏置，并且負載電流會流過該二極管。但是，如果連接錯誤，則二極管會反向偏置，這不允許任何電流流向負載。因此，保護了負載免于反極性。
抑制電壓尖峰的二極管
在電感器或電感性負載的情況下，由于電源中存儲的磁場能量，突然取下電源會產生更高的電壓。電壓的這些意外尖峰可能會對其余電路組件造成相當大的損害。
因此，二極管跨接在電感器或電感性負載兩端，以限制較大的電壓尖峰。這些二極管在不同的電路中也有不同的稱呼，例如緩沖二極管，反激二極管，抑制二極管，續流二極管等。
在上圖中，續流二極管跨接在電感負載上，用于抑制電感器中的電壓尖峰。當開關突然斷開時，電感器中會產生一個電壓尖峰。因此，續流二極管為電流的流動提供了一條安全的路徑，以釋放尖峰脈沖所提供的電壓。
太陽能電池板中的二極管
用于保護太陽能電池板的二極管稱為旁路二極管。如果太陽能電池板出現故障或被落葉，積雪和其他障礙物損壞或遮擋，則總輸出功率會降低并引起熱點損壞，因為其余電池的電流必須流過該故障或遮擋的電池并導致過熱。旁路二極管的主要功能是保護太陽能電池免受此熱點問題的困擾。
上圖顯示了太陽能電池中旁路二極管的連接。這些二極管與太陽能電池并聯連接，從而限制了不良太陽能電池上的電壓，并允許電流從優質太陽能電池流向外部電路。因此，通過限制流過不良太陽能電池的電流來減少過熱問題。