《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何妙用二極管減少寄生電容

2017-03-19
來源:ZLG致遠(yuǎn)電子
關(guān)鍵詞: 二極管 整流開關(guān) VCO 電阻

  二極管以其單向?qū)щ娞匦裕?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/整流開關(guān)" title="整流開關(guān)" target="_blank">整流開關(guān)方面發(fā)揮著重要的作用;其在反向擊穿狀態(tài)下,,在一定電流范圍下起到穩(wěn)壓效果,。令人意外的是,利用二極管的反偏壓結(jié)電容,,能夠有效地減少信號線上的接入寄生電容,,這里將近一步討論這個(gè)運(yùn)用。

  上次我們分享了關(guān)于“如何妙用二極管的導(dǎo)通壓降”的知識,,之后有用戶要求了解更多有關(guān)電子類器件的知識,,這里就來講講“如何妙用二極管減少寄生電容”。

  二極管參數(shù)—單向?qū)щ娦?/p>

  提到二極管,,大家最熟悉的就是二極管的單向?qū)щ娦?,反映伏安曲線上如圖1所示。當(dāng)正向偏壓U=0.5V(硅管)時(shí),,二極管開始導(dǎo)通,,電流越大電壓越大,具有很低阻抗,;當(dāng)加反向偏壓時(shí)二極管不導(dǎo)通,,在一定范圍內(nèi)有很小的漏電流,具有很大阻抗,。其這個(gè)單向?qū)щ娦?,也起到了開關(guān)的作用,所以在整流和開關(guān)方面都有廣泛的應(yīng)用,。

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  圖1  二極管伏安特性曲線

  二極管有一個(gè)參數(shù),,沒有單向?qū)щ娦阅敲磸V為人知,但是對電路設(shè)計(jì)的影響也至關(guān)重要,,那就是“結(jié)電容”,。

  二極管參數(shù)—結(jié)電容

  在一些高速場合,需要選結(jié)電容比較小的二極管,;在某些場合,,則需要利用這個(gè)結(jié)電容來達(dá)到特定的目的,比如壓控振蕩器(VCO),,正是利用了變?nèi)荻O管在不同的反向偏壓下有不同的電容值,,從而達(dá)到電壓控制頻率的目的,。

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  圖2  壓控振蕩器應(yīng)用電路-實(shí)例

  在高速電路上,由于頻率越來越高,,寄生電容的影響已經(jīng)不能忽視了,。在系統(tǒng)中,這些不期望的電容來自方方面面,,比如PCB的材質(zhì),、厚度、板層結(jié)構(gòu),、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(huán)境溫度的影響,。

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  圖3  寄生電容引起“振鈴”

  難道就沒辦法對付它們了嗎?通過工程師們的不懈努力,,發(fā)現(xiàn)這些影響是可以通過合理的電路設(shè)計(jì)來減少的,。下面我們將討論下怎樣“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(jié)電容越來越小。

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  圖4  電容特性

  在高速信號線上,,通常會附加一些功能,,這些功能通常會帶來不利的影響,如會產(chǎn)生很大的寄生電容,,這個(gè)電容視具體的電路模塊而定,。如果忽略這個(gè)電容,可能會影響這個(gè)信號的頻率,。最不幸的是,,就算您注意到了這個(gè)電容,由于附加的功能模塊產(chǎn)生的電容太大,,似乎也無能為力,。通用附件功能接入法如圖5所示:

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  圖5  通用附件功能接入法

  為了減少信號線上的寄生電容,可以在附件功能的接入點(diǎn)處增加一個(gè)二極管,,這個(gè)二極管必須節(jié)電容比較小的,,通常選用小信號開關(guān)管,如果考慮到大電流問題,,則需要慎重考慮選型問題,。

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  圖6  正向接入法

  正向接入方法如圖6所示,,二極管接在信號線與附件功能模塊之間,這表示附加功能模塊使能時(shí)是高電平輸出的,。另外,,為了更大程度地減小寄生電容,通常使二極管工作在反偏壓狀態(tài)下,,即UL 接至低電平,。在附加功能模塊不工作,二極管處于最大反偏壓下,,具有更小的節(jié)電容,信號線能夠工作在高頻狀態(tài)下,,系統(tǒng)獲得更高的性能,。

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  圖7  反向接入法

  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(shè)二極管的節(jié)電容為3pF,附件功能模塊寄生總電容1uF,。如果電阻足夠大,,那么可以忽略,此時(shí)就是兩個(gè)電容串聯(lián),,和電阻并聯(lián)類似,,CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2較大)。大電容就算變化很大,,串聯(lián)總電容幾乎等于小電容,,即3pF,有效減小接入電容,。

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  圖8  等效電路

  以上運(yùn)用是建立在二極管單向?qū)щ娦院洼^小節(jié)電容的基礎(chǔ)上,。正向接入和反向接入只能是單方向的,不能解決所有情況,,也就是說只能針對特殊的功能模塊,。如果附加功能模塊需要雙向的,把圖6和圖7結(jié)合或許是不錯(cuò)的選擇,。


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