基于二極管的單向?qū)щ娫O(shè)計多種應(yīng)用電路

二極管的主要原理就是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，在PN結(jié)上加上引線和封裝就成了一個二極管。

晶體二極管為一個由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當(dāng)外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流。

當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時，PN結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。

在PN結(jié)外加正向電壓V，在這個外加電場的作用下，PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，P區(qū)中的空穴和N區(qū)的電子都往PN結(jié)方向移動，空穴和PN結(jié)P區(qū)的負離子中和，電子和PN結(jié)N區(qū)的正離子中和，這樣就使PN結(jié)變窄。隨著外加電場的增加，擴散運動進一步增強，漂移運動減弱。當(dāng)外加電壓超過門檻電壓，PN結(jié)相當(dāng)于一個阻值很小的電阻，也就是PN結(jié)導(dǎo)通。

二、基于二極管的單向?qū)щ娫O(shè)計多種電路

1、限幅

如上圖所示，當(dāng)輸入電壓VIN處于正半周期，而且大于或等于0.7V的時候，二極管D1是會正向?qū)ǖ模@個時候輸出電壓VOUT便會被限制或者“鉗位”在0.7V左右。

還有當(dāng)輸入電壓VIN處于負半周期時，二極管D1是處于截止?fàn)顟B(tài)的，相當(dāng)于電流是反向流動的。在這種情況時，輸出電壓VOUT和輸入電壓VIN相同，這便著輸出電壓VOUT的波形是會跟隨輸入電壓VIN的變化而變化的。

有了上圖的經(jīng)驗，我們還可以根據(jù)上面的限輻電路的原理，設(shè)計出如下的雙向限輻電路。

如上圖，當(dāng)輸入電壓處于正半周期且大于等于0.7V時，輸出電壓始終會被鉗位在0.7V左右，

當(dāng)輸入電壓處于負半周期且大于等于0.7V時，輸出電壓始終會被鉗位在-0.7V左右。

通過以下方法來設(shè)計出不同大小的限幅電壓：

便是在電路當(dāng)中加上偏置電壓VBIAS之后，因此只有當(dāng)輸入電壓VIN大于或者等于VBIAS的時候，二極管才能夠?qū)ā＿@個時候，輸出的電壓VOUT便會被鉗位在0.7V加上VBIAS的值上面。

2、鉗位

在以下的二極管與電容的組合的鉗位電路的分析當(dāng)中，我們假設(shè)RC時間常數(shù)很大，使輸出波形不會失真。還有，我們忽略二極管的導(dǎo)通壓降。

當(dāng)輸入電壓Vin處于負半周期而且為負值的時候，電流便會按照紅色箭頭所指的方向流動。這個時候，二極管是會導(dǎo)通的，電容由開始逐漸充電直至充到電壓V。這個過程當(dāng)中，輸出電壓Vout為0。

當(dāng)輸入電壓Vin處于正半周期而且為正值的時候，電流會按照藍色箭頭所示的方向流動。這個時候，二極管是會截止的，輸出電壓Vout等于電容上的電壓加上正半周電壓V，因此此時Vout的電壓值為2V。

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