二极管的静态特性及应用

二极管是最简单的双极性半导体元件，最初我们对它的认识仅停留在单向导电性这一层面，也就是它的通断特性，即分析它在电路中的作用，最重要的是搞清楚二极管有没有导通，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。实际二极管的用途是非常丰富的，当然要用好它，所需要学习的知识也是不少的。

简化模型假设门限电压为0.7V，电压反向偏置和不超过0.7时为短路，正向偏置且超过0.7V时等效为0.7V电压源。对于简化模型我们很好理解，也可以解决大多数问题，但是制动二极管的实际伏安特性曲线是什么样子的也是有必要的。

复杂模型实际二极管的伏安特性曲线更接近表达式：Ix=Is[exp(Vx/Vt)-1]

Ix为流过二极管的电流

Vx为二极管两端的电压

Is为常数，量级约为1e-16A，表示反向饱和电流，也称为漏电流，因为当Vx为负时，Ix约为-Is。

Vt为常数，约为26mV，表示热电压

复杂模型的表达式是指数形式，而且有1e-16怎么小的常数，很难理解，为了能在脑海里对这个模型有个概念，我归纳了以下几点：

当Vx>4Vt=104mV时，表达式可以化简为Ix=Is*exp(Vx/Vt);

当 Vx=778mV 时， Ix = 1mA;

Vx每增加26mV，Ix扩大e倍约2.7X，Vx每增加60mV，Ix扩大10X;

典型的正向偏置电压在700mv-800mV之间，超过这个值就烧了;

当二极管从关到开的临近状态时，电压为门限电压，但电流约为零。

我们有ADS建立一个仿真模型，加深一下理解，可以看出当二极管两端电压大于0.78V时，导通电流迅速增加，理论上没增大60mV，电流扩大10倍。

ADS DCsimulation

伏安特性仿真结果

二极管的应用1：稳压电源假如我们手上有一个3V电压，有一个1.4V的蓝牙设备需要供电，那么我们就可以用两个二极管串联组成一个1.4V稳压源。

一般我们想到的是用电阻分压同样可以得到1.4V的电压呀，如下图，但是相比电阻分压电路，使用二极管会有有两点好处：①、压降比较稳定，当3V电源有波动时，供给用电设备的电压始终是1.4V;②、当用电设备输入阻抗变化时，供给用电设备的电压始终是1.4V。

二极管的应用2：限幅电脑发出蓝牙信号，命令打印机打印，当打印机离电脑远时，接收天线接收到的信号较弱，当打印机离电脑近时，接收天线接收到的信号较强，为了能让打印机不论距离电脑远近都能工作，我们需要在信号强的时候进行限幅，因为如果信号强度太大，会影响后面整个链路的性能。我们可以建立一个DC仿真电路：

从仿真结果看，无论输入电压Vx怎么变化，二极管管和1V直流电源配合可以使输出电压在正负1.5V之间。

同样，可以建立一个时域仿真也就是Transient仿真，来看一下时域波形：

同样可以看到输入波形为峰值3V的正弦波，输出电压始终在正负1.5V之间。

二极管的应用3：半波整流电源适配器、充电器等将220V交流电转换成5V直流电供手机充电。一般会从220V通过变压器降到20V交流电，再通过整流电路将20V交流电转换成5V直流。

当然，经过二极管后，反向的电流被截止，只保留了正向的电流流过，输出电压只有正方向，但是显然现在得到的输出电压不是直流，还需要通过电容进行滤波，完整的电路为下图：

原理图中电阻的作用是保护二极管不被烧掉，电容的作用是滤波，0.7V直流源的作用是抵消二极管的管压降，也就是正向导通压降。

从图中可以看出20V的交流电变成了20V直流电。

二极管的应用4：全波整流全波整流也叫整流桥

仿真电路图与仿真结果如下，同样完整的电路需要电容滤波，这里就不再重复了。

二极管的应用5：电压倍增电路

这个原理稍微复杂了一点，需要对电容充放电和二极管更深刻的理解，这个后面再另外详细讲解。

二极管的应用6：信号的幅度平移仿真原理图与仿真结果如下：

输出为幅度为1V的正弦波，通过一个二极管，可以使整个电压下降0.7V，相当于波形向下平移了0.7V。