如何妙用二極管減少信號線上的寄生電容
發布時間:2017-03-23 責任編輯:susan
【導讀】二極管以其單向導電特性,在整流開關方麵發揮著重要的作用;其qi在zai反fan向xiang擊ji穿chuan狀zhuang態tai下xia,在zai一yi定ding電dian流liu範fan圍wei下xia起qi到dao穩wen壓ya效xiao果guo。令ling人ren意yi外wai的de是shi,利li用yong二er極ji管guan的de反fan偏pian壓ya結jie電dian容rong,能neng夠gou有you效xiao地di減jian少shao信xin號hao線xian上shang的de接jie入ru寄ji生sheng電dian容rong,這zhe裏li將jiang近jin一yi步bu討tao論lun這zhe個ge運yun用yong。
二極管參數—單向導電性
提到二極管,大家最熟悉的就是二極管的單向導電性,反映伏安曲線上如圖1所示。當正向偏壓U=0.5V(矽管)時,二極管開始導通,電流越大電壓越大,具有很低阻抗;當(dang)加(jia)反(fan)向(xiang)偏(pian)壓(ya)時(shi)二(er)極(ji)管(guan)不(bu)導(dao)通(tong),在(zai)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)內(nei)有(you)很(hen)小(xiao)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu),具(ju)有(you)很(hen)大(da)阻(zu)抗(kang)。其(qi)這(zhe)個(ge)單(dan)向(xiang)導(dao)電(dian)性(xing),也(ye)起(qi)到(dao)了(le)開(kai)關(guan)的(de)作(zuo)用(yong),所(suo)以(yi)在(zai)整(zheng)流(liu)和(he)開(kai)關(guan)方(fang)麵(mian)都(dou)有(you)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)。

二極管有一個參數,沒有單向導電性那麼廣為人知,但是對電路設計的影響也至關重要,那就是“結電容”。
二極管參數—結電容
在一些高速場合,需要選結電容比較小的二極管;在某些場合,則需要利用這個結電容來達到特定的目的,比如壓控振蕩器(VCO),正是利用了變容二極管在不同的反向偏壓下有不同的電容值,從而達到電壓控製頻率的目的。

在高速電路上,由於頻率越來越高,寄生電容的影響已經不能忽視了。在係統中,這些不期望的電容來自方方麵麵,比如PCB的材質、厚度、板層結構、走線平行度,這些都是影響PCB板的寄生電容,還有元器件本身的寄生電容,最可惡的是這些東西還受環境溫度的影響。

難道就沒辦法對付它們了嗎?通過工程師們的不懈努力,發現這些影響是可以通過合理的電路設計來減少的。下麵我們將討論下怎樣“利用二極管的電容特性來減小高速信號上的寄生電容”。
二極管妙用—減少寄生電容
首先,我們熟悉下二極管的電容特性:圖4所示的是IN4448HWS二極管的電容特性。零反向偏壓下,電容是3pF,隨著反向偏壓越來越大,結電容越來越小。

在(zai)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)線(xian)上(shang),通(tong)常(chang)會(hui)附(fu)加(jia)一(yi)些(xie)功(gong)能(neng),這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)通(tong)常(chang)會(hui)帶(dai)來(lai)不(bu)利(li)的(de)影(ying)響(xiang),如(ru)會(hui)產(chan)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong),這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong)視(shi)具(ju)體(ti)的(de)電(dian)路(lu)模(mo)塊(kuai)而(er)定(ding)。如(ru)果(guo)忽(hu)略(lve)這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong),可(ke)能(neng)會(hui)影(ying)響(xiang)這(zhe)個(ge)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)率(lv)。最(zui)不(bu)幸(xing)的(de)是(shi),就(jiu)算(suan)您(nin)注(zhu)意(yi)到(dao)了(le)這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong),由(you)於(yu)附(fu)加(jia)的(de)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)容(rong)太(tai)大(da),似(si)乎(hu)也(ye)無(wu)能(neng)為(wei)力(li)。通(tong)用(yong)附(fu)件(jian)功(gong)能(neng)接(jie)入(ru)法(fa)如(ru)圖(tu)5所示:

為wei了le減jian少shao信xin號hao線xian上shang的de寄ji生sheng電dian容rong,可ke以yi在zai附fu件jian功gong能neng的de接jie入ru點dian處chu增zeng加jia一yi個ge二er極ji管guan,這zhe個ge二er極ji管guan必bi須xu節jie電dian容rong比bi較jiao小xiao的de,通tong常chang選xuan用yong小xiao信xin號hao開kai關guan管guan,如ru果guo考kao慮lv到dao大da電dian流liu問wen題ti,則ze需xu要yao慎shen重zhong考kao慮lv選xuan型xing問wen題ti。

正向接入方法如圖6所suo示shi,二er極ji管guan接jie在zai信xin號hao線xian與yu附fu件jian功gong能neng模mo塊kuai之zhi間jian,這zhe表biao示shi附fu加jia功gong能neng模mo塊kuai使shi能neng時shi是shi高gao電dian平ping輸shu出chu的de。另ling外wai,為wei了le更geng大da程cheng度du地di減jian小xiao寄ji生sheng電dian容rong,通tong常chang使shi二er極ji管guan工gong作zuo在zai反fan偏pian壓ya狀zhuang態tai下xia,即jiUL jiezhididianping。zaifujiagongnengmokuaibugongzuo,erjiguanchuyuzuidafanpianyaxia,juyougengxiaodejiedianrong,xinhaoxiannenggougongzuozaigaopinzhuangtaixia,xitonghuodegenggaodexingneng。

反向接入方法如圖7所示,與正向接入不同的是,二極管的正極接到信號線上,UH接至高電平。
不管正向還是反向接入法,其等效電路都如圖8所示。我們假設二極管的節電容為3pF,附件功能模塊寄生總電容1uF。如果電阻足夠大,那麼可以忽略,此時就是兩個電容串聯,和電阻並聯類似,CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2較大)。大電容就算變化很大,串聯總電容幾乎等於小電容,即3pF,有效減小接入電容。

以(yi)上(shang)運(yun)用(yong)是(shi)建(jian)立(li)在(zai)二(er)極(ji)管(guan)單(dan)向(xiang)導(dao)電(dian)性(xing)和(he)較(jiao)小(xiao)節(jie)電(dian)容(rong)的(de)基(ji)礎(chu)上(shang)。正(zheng)向(xiang)接(jie)入(ru)和(he)反(fan)向(xiang)接(jie)入(ru)隻(zhi)能(neng)是(shi)單(dan)方(fang)向(xiang)的(de),不(bu)能(neng)解(jie)決(jue)所(suo)有(you)情(qing)況(kuang),也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)隻(zhi)能(neng)針(zhen)對(dui)特(te)殊(shu)的(de)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)。如(ru)果(guo)附(fu)加(jia)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)需(xu)要(yao)雙(shuang)向(xiang)的(de),把(ba)圖(tu)6和圖7結合或許是不錯的選擇。
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