设二极管为理想二极管(二极管是理想的)

简：利用二极管整流信号和计算绝对值有很多应用。但在小信号下，二极管的正向导通电压和相应的杂散电容会严重影响信号整流。本文摘录了麻昌清太郎所著《运算放大器应用电路设计》中的一些典型应用电路。关键词：二极管，整流电路，绝对值电路
01基础知识1.1基本特性1.1.1基本工作原理二极管的电路图符号如下图所示。流过二极管的稳态电流与二极管两端电压的关系满足单向导电特性：即从阳极(正极)向阴极(负极)施加直流电压时，有电流流过，反方向几乎没有电流流过。
图1.1.1二极管的符号
公式中：q:电子电荷(c)；k:玻尔兹曼常数()；t:温度(k)；IR:反向饱和电流(a)；例如：1SS120在，
图1.1.2二极管特性
:直流电压；正向电流；反向电压；25时反向电流Q的等效电阻：ISS120:
下图为硅PN结小信号开关二极管1SS120[1]和肖特基势垒二极管1SS108[2]的正向和反向电流-电压特性。通过对比可以看出，在1mA以下的小电流区，肖特基二极管(SBD)的直流电压很小；二极管1SS120的反向电流可以忽略不计，但二极管1SS108的反向电流相对较大。
图1.1.3正反转V-A特性1.1.3 1SS120
图1.1.4正反向电压电流特性1 . 1 . 4 1s 108
1.1.2频率特性和用途根据特性和用途的不同，二极管分为各种类型。下表显示了实验中各种二极管的特性。
[表1-1-2测试二极管的特性]
序号VR IF应用1 DSK10E 400V 1A通用整流2 era 83-004 40V 1A SBD 3 1ss 120 60V 150m a高速开关4 1SS108 30V 10mA SBD用于高速开关
根据以下电路搭建测试电路，测量相应二极管的特性。
图1.1.5观察二极管特性的实验电路
(1)1)1n 4148开关二极管的正向压降为0.606V正向导通1mA时；正向导通电压为0.493V正向导通为0.1mA时；
下面给出了整流器负载电阻分别为10k和1k时的输出信号波形。可以看出，负载为10k时，输出信号的峰值略高于1k(约0.3V)。
.负载：10kRL=10k，1N4148
.负载：1k
RL=1k，1N4148
(2)1n 5817肖特基二极管下面是1N5817[3]肖特基整流二极管的高频整流波形。明显的输出波形与半波整理波形变化较大。
正向导通1mA时，二极管管的压降为0.191V。当正向导通为0.1mA时，对应的二极管为0.130V。
.负载：10k负载为10k时，信号反方向出现大信号。
RL=10k，1N5817
图1.1.15反向特性的影响因素
.负载：1k负载为1k时，信号的正反向波形都有所改善。
RL=1k，1N5817
(3)MUR1100快恢复二极管MUR1100快恢复二极管在10k和1k整流负载条件下的输出半波整流信号波形如下。
正向导通1mA，对应二极管压降：0.508V；正向导通0.1毫安时，二极管压降为0.421伏
.负载：10kRL=10k，MUR1100
.负载：1k
RL=1k，MUR1100
根据这些测量结果，给出以下解释：
1.一般整流二极管，反向恢复时间约为，除商用电源整流外不使用，端子间电容小于SBD；
2.整理SBD。端子之间的电容很大，负载电阻不再低于几百欧姆。二极管导通电压低，频率特性好；
3.高速开关二极管，除了体积大之外，还具有良好的反向恢复特性，甚至可以在数百千赫兹下使用；
4.高速开关SBD，体积小，即使在几百kHz也能用，但0V时波形弯曲，端子间电容比PN结小信号开关二极管大。
02理想二极管在我们面前，我们可以看到普通二极管和理想二极管在小信号和高频下有很大的偏差。为了克服这些偏差，可以利用运算放大器电路引入反馈机制来提高二极管信号整流的精度。在设计电路时，我们需要避免运算放大器的高频失真特性对电路的影响。
2.1同相理想二极管下面是同相理想二极管电路。理论上，当输入信号的幅度大于0时，电路的输出等于输入信号；当输入信号的幅度小于零时，电路的输出为0。
图2.2.1基本同相理想二极管
时间；时间；
以下是输入频率为1kHz，峰峰值为5V的正弦波信号的电路输出。令我们惊讶的是，在开始的大约25的时间里，整流信号为0V！这是为什么呢？
图2.2.2同相理想二极管整流信号输出1N4148
下图显示了电路中运算放大器的输出(绿色)信号。可以看出，第一整流信号的输出为0，因为在运算放大器输出从-12V(电源电压)上升的过程中，运算放大器输出的最大电压压摆率受到限制。运算放大器输出的最大电压压摆率反映了运算放大器在大信号下跟踪输入信号变化的能力，反映了芯片的非线性特性。
图2.2.4同相理想二极管整流波形和运算放大器输出
为了消除运算放大器输出压摆率对电路的影响，有必要对电路进行改造。接下来，当输入信号为负时，引入二极管D以使运算放大器的输出不饱和。运算放大器的主要作用是信号跟随，提高电路的输出承载能力，同时为导通提供偏置电流。
图2.2.3改进电路
下面反映了改进电路的输出结果，可以看出输出的整流信号得到了明显的改善。
图2.2.5改进电路输出1N4148
下图是运算放大器此时的输出信号波形(绿色)，可以看出反向饱和过程不再发生。
图2.2.6改进电路和Va2的输出
当然，在输入信号的频率继续增加后，由于运算放大器的频率响应和最大输出压摆率的限制，输出整流信号会失真。现在，当输入信号的频率增加到10kHz时，可以看到失真过程逐渐出现在整流输出的前面。
图2.2.7改进电路和Va2，10kHz的输出
2.2逆理想二极管下图是逆理想二极管的电路。它可以同时给出输入信号的正半周检测和负半周检测信号，但输出与输入信号的符号相反。
图3.1.1反向理想二极管电路
下图为输入1kHz正弦波(青色)作用下，电路的两个半波整流输出信号。
图3.1.2反向理想二极管电路
下图显示输入信号的频率提高到10kHz，也可以看到运算放大器速率引起的整流信号失真。
图3.1.3反向理想二极管电路
2.3绝对值电路下图是绝对值电路的结构。实际上是由一个反向半波整流电路和一个加法电路组成。
下图中，R1=R2；IC1、R1和R2组成负半周整流电路。2r=R4=R5，负半轴信号的两倍与输入信号叠加，然后反转后最终得到输出信号的绝对值信号。
图4.1.1绝对值电路
信号输出结果(橙色)如下所示，其中绿色信号为R3之前的电压信号和输入信号的负半周信号。
绝对值电路的输出波形
为了实现严格的绝对值电路，前置电路中的电阻需要保持严格的比例关系。为了减少运算放大器在高速下的相位变化，需要在电路中引入一些补偿器件。以下电路给出了调整运算放大器失调电压和高频相位特性的一些措施
电路概述利用二极管对信号进行整流并获得绝对值有许多应用。但在小信号下，二极管的正向导通电压和相应的杂散电容会严重影响信号整流。本文摘录了麻昌清太郎所著《运算放大器应用电路设计》中的一些典型应用电路。
参考文献[1]
1ss 120: https://html . all data sheet . com/html-pdf/62780/HITACHI/1ss 120/995/4/1ss 120 . html[2]
1SS 108: https://pdf . dzsc . com/1SS/1SS 108 . pdf[3]
1n 5817: https://www . all data sheet . com/data sheet-pdf/pdf/170970/on semi/1n 5817 . html