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分享二极管的用法2

高工
2026-10-08 19:37:38     打赏


非常经典的二极管峰值检波与包络滤波电路或者叫整流滤波电路。

它主要用于将交流信号或脉冲信号转换为平滑的直流信号,并提取信号的峰值。


一、 工作原理

电路由四个部分组成:输入端(IN3)、二极管(D10)、电容(C4)、电阻(R4)和输出端(OUT3)。


1. 正向导通与充电捕获峰值:

当输入端(IN3)的电压高于输出端(OUT3)的电压,并且压差大于二极管 D10 的导通压降(硅管约 0.7V)时,二极管 D10 导通。

此时,输入信号通过 D10 迅速向电容 C4 充电。电容两端的电压随之上升。


2. 反向截止与保持峰值记忆:

当输入信号电压下降,低于电容 C4 上的电压时,二极管 D10 的阳极电压低于阴极电压,D10 反向截止。

此时,电容 C4 上的电荷无法通过二极管倒流回输入端,电容起到了记忆或保持最高电压的作用。


3. 放电与平滑包络检波:

电容 C4 上的电荷会通过电阻 R4 缓慢放电到地。

时间常数(τ = R4 × C4)决定了放电速度。如果时间常数远大于输入信号的周期,电容上的电压下降非常缓慢,输出端(OUT3)就能得到一个相对平滑的直流电压,其值约等于输入信号的峰值减去二极管压降。

总结其核心逻辑: 二极管负责单向导电(只进不出),电容负责储能(记录峰值),电阻负责缓慢释放(平滑波形)。

image.png



电感续流Flywheel与瞬态电压抑制保护电路。

这个电路通常出现在继电器、电磁阀、电机等感性负载的驱动电路中,用来保护驱动它的开关器件三极管、MOS管。

电路组成

L1(电感):代表感性负载,比如继电器线圈、电磁阀、电机绕组等。

D11(二极管):这是一个关键元件,通常选用续流二极管如1N4148、1N4007或TVS瞬态电压抑制二极管。从符号上看,它是并联在电感两端,且阴极(负极)接高电位(VCC4),阳极(正极)接低电位(地),属于反向并联。

VCC4:电源正极。

GND(接地符号):电源负极。


 工作原理核心在于关断瞬间

1. 正常导通状态(开关闭合):

当驱动电路(图中未画出,通常在L1的下方或上方串联一个开关管)使电感L1通电时,电流从VCC4流经L1到地。此时,电感将电能转化为磁能储存在线圈中。此时,D11处于反向截止状态,相当于断路,不影响电路正常工作。


2. 关断瞬间(开关断开):

这是该电路发挥作用的关键时刻。当驱动开关突然断开时,流经电感L1的电流瞬间被切断。

根据楞次定律,电感线圈会产生一个极高的反向电动势(Back EMF)来阻碍电流的突变。这个反向电压的极性是:下端为正,上端为负(与电源VCC4极性相反)。这个电压可能高达几百甚至上千伏,足以击穿驱动三极管或MOS管。


3. 续流与钳位(保护动作):

此时,电感下端的电压瞬间升高,当升高到超过VCC4加上二极管D11的正向压降时,二极管D11正向导通。


电感中储存的磁能转化为电能,通过D11形成回路,将电流泄放掉(电流路径:电感下端 -> D11 -> VCC4 -> 电感上端)。


这个回路将电感两端的反向电压钳位在VCC4+VD11

约等于电源电压加上0.7V或TVS的钳位电压)的水平,从而避免了高压击穿驱动开关管。


用法与设计

1. 继电器/电磁阀驱动保护(最常见)

在单片机控制继电器或电磁阀时,线圈两端必须并联这个二极管。如果不加,关断瞬间的高压极易损坏驱动三极管(如S8050、ULN2003等)。


2. 电机驱动保护

在H桥电机驱动电路中,每个MOS管旁边通常都会并联这样的续流二极管,用于释放电机绕组在PWM关断时产生的反向电动势。


3. 二极管选型建议:


普通续流(低频):如继电器控制,可选用普通的整流二极管(如1N4007)或开关二极管(如1N4148)。


高频PWM驱动(如电机调速):必须选用快恢复二极管或肖特基二极管(如SS34),因为普通二极管反应慢,高频下会发热甚至失效。


高能量吸收:如果电感能量很大,或者需要更精确的钳位电压,可以选用TVS二极管(瞬态抑制二极管)代替普通二极管,它能吸收更大的浪涌功率。


4. 与串联电阻的对比:

如果在这个二极管回路中串联一个稳压管或电阻,可以加快继电器的释放速度(因为消耗能量更快),但会牺牲一部分保护效果(电压会更高)。图中是最简单的纯二极管续流,优点是保护最彻底,缺点是继电器释放稍慢。

image.png



总结

二极管峰值包络检波电路,由二极管、电容、电阻构成,用于提取交流 / 脉冲信号峰值并转为平滑直流。输入信号高于二极管导通压降时给电容快速充电;输入回落,二极管截止,电容保存峰值电压,再通过电阻缓慢放电,RC 时间常数决定输出平滑度。

电感续流保护电路并联在继电器、电机等感性负载两端。开关导通时二极管截止,电感储存磁能;开关关断瞬间,电感产生反向高压,二极管导通形成泄放回路,钳位电压,防止击穿 MOS 管、三极管。低频场景可用普通二极管,高频 PWM 需快恢复 / 肖特基管,大能量工况可选 TVS 管。



专家
2026-10-09 07:48:14     打赏
2楼

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