硬件工程师必会电路之二极管应用下（转）

Posted 2020-09-21 AijunHe

1. 续流二极管的另一种用法

另外一般也主要利用续流二极管用作抑制瞬态。当流经一个电感器件的电流被突然关断时，根据电磁理论，突然消失的磁场将会在电感线圈上产生一个高电压脉冲，这个高电压脉冲瞬态幅值或许可以达到几千伏，这对系统来说是灾难，并且尤其在继电器线圈中更为常见。此时，工程上常见的做法是用一个续流二极管并联在继电器线圈的两端，以便给高压脉冲提供一个短路通道来保护系统，通过续流二极管的泄放通道保护继电器，器件选取上，需要具有足够的功率。


图1 续流二极管的作用
上图右侧是续流二极管一个更为实用的例证，通过继电器旁边的二极管保护继电器，放在晶体管旁边的续流二极管则是保护晶体管，避免晶体管在关断时继电器因为磁场感应而被损坏。

2. 二极管用作ESD保护（击穿特性）

ESD保护有很多备选器件，通常会采用压敏电阻和瞬态二极管。也就是我们常说的VDR和TVS。这个更多的是一些对外的接口用得多，是选便宜点得压敏电阻还是瞬态二极管，这个需要好好了解下各自的性能。对于同样选择压敏电阻，是抑制瞬态的多还是周期性大信号的多，也是有所不同的。这里多说一点，作开发和作产品最大的不同，就是产品对于空间和成本的要求了，尤其对于追求极致的移动设备。或许，可以慢慢认为ESD的保护可以看作是续流二极管用作抑制瞬态的一种变种用法，作为硬件工程师，多多思考往往可以把知识串起来，也很有趣。


图2 VARISTOR的特性曲线以及作用
USB中由于接口是可热插拔的，所以比较容易因为不可避免的人为因素导致静电损坏器件，比如挂机hang，烧板等，如果cpu的ESD保护比较弱，那么大概率会损坏CPU，实际调试中碰到过类似状况，所以使用USB接口的电路需要加入ESD保护器件，如下图所示，同时不要忽略电源pin上也要有ESD保护器件，并且从成本考虑信号上ESD与电源上ESD一般不是一个型号，大家可以考虑原因。

图3 USB的ESD保护
一般来说，电源线上一般采用工作电压略高于5V的，电容一般为几十甚至100多的压敏电阻连到屏蔽线上。而差分线上因为速率高达480Mbps，此时需要电容很小的ESD器件，才能满足。原因时，较大的电容能使数据信号波形劣化，甚至导致位错误。因此需要电容低的器件，可以通过波形来看电容大小对波形的影响。

图4 不同的电容值对USB信号影响

3. 开关二极管

二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

图5 二极管构成开关电路

如果有兴趣，大家可以了解一下PIN二极管，这种二极管主要用作射频和微波的开关。在射频电路中，开关是极为讲究的，需要专门的技术的技术来减少信号的衰减，即使暂时用不到，有时间研究一下也乐在其中。