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技術(shù)專(zhuān)題
PCB設計中的鉗位二極管和瞬態(tài)電壓保護
PCB設計中的鉗位二極管和瞬態(tài)電壓保護，是非常重要的。二極管，是許多電子產(chǎn)品初學(xué)者所熟知的，是由PN結制成的半導體。當將正電壓連接到陽(yáng)極，將陰極連接到陰極時(shí)，該二極管被稱(chēng)為正向偏置。只要施加的電壓大于結電壓（通常為0.7V），電流就會(huì )流過(guò)二極管。
但是如果以相反的方向施加電壓怎么辦？在負偏壓下，只要端子兩端的電壓不超過(guò)擊穿電壓，二極管將處于非導通狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，二極管像開(kāi)路一樣，因為反向偏置的PN結會(huì )阻止電子流過(guò)。
鉗位二極管是在PCB設計電路中同時(shí)使用這兩個(gè)特性來(lái)操縱輸入電壓的地方。鉗位二極管可以用作電平轉換器，也可以用于保護組件免受瞬態(tài)電壓的影響。
鉗位電路中的二極管
正鉗位電路。
鉗位電路由交流輸入，二極管，電容器和負載電阻組成。鉗位電路分為正配置和負配置。上圖顯示了一個(gè)正鉗位電路，它實(shí)際上是一個(gè)正電平轉換器。
運作方式如下：
在第一個(gè)正周期上，二極管處于反向偏置狀態(tài)，并且沒(méi)有電流流過(guò)該二極管。因此，第一個(gè)輸出峰值等于輸入。
當輸入進(jìn)入負周期時(shí)，二極管置于正向偏置狀態(tài)。它開(kāi)始傳導電流并將電容器充電至峰值電壓的大小。當輸入電壓接近正周期時(shí)，電容器繼續保持電荷。在負周期，輸出電壓為0V，或者精確地為0.7V，這是二極管的結電壓。
在下一個(gè)正周期，二極管再次置于反向偏置狀態(tài)。二極管開(kāi)路。但是，電容器在前一個(gè)循環(huán)中被充電到最大輸入電壓幅度?，F在，電荷將通過(guò)負載電阻釋放，同時(shí)在輸入端施加正電壓峰值。輸入電壓和電容器中存儲的電荷均會(huì )導致輸出電壓下測得的幅度翻倍。
但是，負鉗位電路又如何呢？通過(guò)僅反轉二極管的方向，您將獲得一個(gè)反向工作的交流電平轉換器。
鉗位二極管的瞬態(tài)保護
鉗位二極管并不僅僅與基線(xiàn)電壓漂移有關(guān)。它們可以緩解瞬態(tài)事件，特別是ESD和雷電浪涌。例如，當輸入電壓升至高于Vh時(shí)，D1正向偏置。因此，過(guò)多的電流而不是負載流經(jīng)D1。通常在二極管之前放置一個(gè)限流電阻，以確保二極管在極限范圍內工作。
當輸入電壓降至VL以下時(shí)，這同樣適用，然后將激活D2。通過(guò)將過(guò)多的電流從負載上帶走并使電壓保持在Vh以下，這些二極管有助于防止瞬態(tài)電壓損壞組件。
通常，選擇具有更大電流處理能力，低結電壓和快速導通時(shí)間的二極管來(lái)進(jìn)行ESD或電涌保護。限流電阻器還必須能夠在大量電流通過(guò)時(shí)禁用大量的熱量。