见微知著，以小“控”大的三极管（八）

    接着上次谈到的管子的应用，继续探讨二极管。

    之前我们已经介绍过二极管的基本组成和原理，其组织结构比较简单，理想化的二极管可以被认为正向导通内阻为零相当于短路，反向截止内阻无穷大相当于断路。关于二极管的应用我们在之前文章中提到过作为三极管基极的温度补偿元件来稳定静态工作点这么一个用法，是不是二极管只有这么几个用处呢？二极管还能用于哪些场合，满足电子电路设计的哪些需求呢？

    记得第一次进行电路设计的时候，板子上有一个2.5V的电源，但是某个芯片实际需要的供电电压是1.8V，这个0.7V的压差让我第一个想到的就是能不能用个二极管，利用硅管0.5V-0.8V的压降来提供芯片上电电压，现在回想当时真的是图样图乃意舞，但是从这个角度上想，尽管无厘头，但是好歹是一次二极管的尝试应用。

    现在一提到二极管，最典型的应用就是直流电源设计中的整流桥了，先来简单阐述下直流电源设计。

    所谓的直流电源设计，就是想方设法将市电（220V）或者三相电（380V）转换成某个固定的直流输出电压，其中包含变压，整流，滤波，稳压这么几个部分，我们先将我们的重点放在整流这个部分上面，对其余几个部分，我们在这里只做一小部分的阐释。

    变压部分的主体可以理解为：磁芯线圈通过原边和副边不同的匝数比来对220V的市电进行降压处理，也就相当于，变压器副边的输出Ui很大程度上是取决于原副边匝数之比，但是不绝对，稍后我们还要介绍一种利用二极管来在整流部分进行倍压的方式可以用来提供。

    整流部分的存在，主要是希望将正弦电压的负半轴以下的部分反转到上方，也就是将正弦波想方设法变化成单方向脉动的输出，全波整流必然是倍频的，其输出的平均值也可以通过对输出波形在一个周期内的积分来等效。

    滤波部分，其初衷是想将整流后的脉动单向直流电转变成稳定的直流输出，最简单粗暴的方式就是在输出的负载部分并联一个大电容，充分利用电容作为一个储能元件的特点，使输出电压向直线靠拢。

    稳压部分，想弄清楚为什么要有稳压部分，我们要先来搞明白两件事情：在直流电源设计的过程中，自变量很多，我先把这所有的自变量分成两种：人为可控自变量与人为不可控自变量。人为可控自变量指的是某些管子特性参数，阻容的value值，各部分连接关系等，这些自变量我们是可以通过公式，逻辑加上分析来预测从而可以更换并且优化的，简而言之就是我们伸手可以换的；人为不可控自变量主要是两种：市电的波动（国家允许市电在传输和配送的过程中有10%的波动，即242V-198V范围内即为合理value值）与负载的变化，这两个变化是我们无法预判的。稳压部分的存在，主要就是为了对付人为不可控自变量的，理想状态是希望输出电压Uo不会随着市电波动和负载变化而变化，从而达到稳定输出电压的目的。稍后我们要在文章中详细来谈稳压二极管在稳压部分中的应用。

    综上，我们先来讨论二极管在整流电路中的简单应用，先来假设管子均为理想二极管，其电路连接和波形变换关系如图所示：

        

    可见，我们利用四个二极管的桥接实现了将普通正弦波向单向脉动电压转换的目的，同时对输入信号起到了二倍频的作用，同时可以通过计算波形在周期内面积（积分）的平均值来得出其平均输出电压Uo=0.9Ui，可见此类整流电路的平均输出电压是必定低于Ui的。在该电路中还需要注意，负载单端所接的管子是同极性的，而变压器副边单端所接的极性是不同极性的。需注意二极管的连接，避免烧坏管子。

    理解了上面的整流电路，同样地我们来谈一下二倍压以及多倍压整流电路，工作原理是类似的，都是利用二级管管基本的正向导通反向截止的特性来实现的，如图所示：

 

    图中两个电路在①负载开路，②电路进入稳态的情况下，充分利用电容的充放电特性，正半周D1导通，D2截止，C1充电，C2放电（稳态）；负半周D1截止，D2导通，C1放电（稳态），C2充电；就这样，电路充分利用了电容的充放电特性，对负载端电压实现了倍压的效果，多级倍压的原理也类似，也就不再赘述。

    接着我们来探讨稳压二极管在稳压电路中的应用，稳压电路存在的必要性我们已经在前面说到过，其实说白了就是需要一个具有自调节功能的模块来实现电路的自动控制，于是稳压二极管所代表的这种稳压电路应运而生：

    在稳压二极管稳压电路中，限流电阻R是必不可少的元件，功能主要有这么两点，其一，限制稳压管中的电流（大功率管10mA,小功率管5mA左右）使其正常工作；其二，与稳压二极管配合从而达到稳压的目的。而怎样匹配这个限流电阻，模电课本上有详细的推导过程，我将其稳压原理绘了张dsn出来：

    自我感觉这张demo做的还是不错滴，简洁明朗，因果关系也比较符合逻辑，至于详细的匹配电阻的选型和计算，我们在这篇文章中不做赘述，我们的重点依然是强调稳压二极管这种典型的非线性元件在实际电路中的用途和解决的问题，我们依然在乐此不疲地强调这种电子元器件存在的必要性，当然了，如果作为一名分立式硬件电路的设计工程师，可能更关心的是其外部参数，封装大小，工作在非线性区时候是否产生高频或者低频噪声，会对PCB板产生什么负面的影响。我早在第一次讨论时就已经强调过，站的角度不同，分析问题的方式方法就不同，得出的结论不可避免地会有区别。

    从上面的总结可以看出，二极管作为一个简单的电子元件，使用方式是多种多样的，对二极管的探讨，我们在这里暂时告一段落，接下来我们将按照这个思路，对三极管的应用进行一次整理，例如其在多级放大电路，差模放大电路，互补输出，波形发生器以及指数对数运算电路的用法。再次申明一点，我们的出发点依然是努力通过简单的电路结构来完成复杂的逻辑功能。