如何妙用二极管减少寄生电容

2017-03-16 10:21:34来源: EEWORLD 关键字:二极管  电容

二极管以其单向导电特性,在整流开关方面发挥着重要的作用;其在反向击穿状态下,在一定电流范围下起到稳压效果。令人意外的是,利用二极管的反偏压结电容,能够有效地减少信号线上的接入寄生电容,这里将近一步讨论这个运用。

上次我们分享了关于“如何妙用二极管的导通压降”的知识,之后有用户要求了解更多有关电子类器件的知识,这里就来讲讲“如何妙用二极管减少寄生电容”。

二极管参数—单向导电性

    提到二极管,大家最熟悉的就是二极管的单向导电性,反映伏安曲线上如图1所示。当正向偏压U=0.5V(硅管)时,二极管开始导通,电流越大电压越大,具有很低阻抗;当加反向偏压时二极管不导通,在一定范围内有很小的漏电流,具有很大阻抗。其这个单向导电性,也起到了开关的作用,所以在整流和开关方面都有广泛的应用

 

图1  二极管伏安特性曲线
    二极管有一个参数,没有单向导电性那么广为人知,但是对电路设计的影响也至关重要,那就是“结电容”。

二极管参数—结电容

在一些高速场合,需要选结电容比较小的二极管;在某些场合,则需要利用这个结电容来达到特定的目的,比如压控振荡器(VCO),正是利用了变容二极管在不同的反向偏压下有不同的电容值,从而达到电压控制频率的目的。

 

图2  压控振荡器应用电路-实例
    在高速电路上,由于频率越来越高,寄生电容的影响已经不能忽视了。在系统中,这些不期望的电容来自方方面面,比如PCB的材质、厚度、板层结构、走线平行度,这些都是影响PCB板的寄生电容,还有元器件本身的寄生电容,最可恶的是这些东西还受环境温度的影响。
 

图3  寄生电容引起“振铃”
    难道就没办法对付它们了吗?通过工程师们的不懈努力,发现这些影响是可以通过合理的电路设计来减少的。下面我们将讨论下怎样“利用二极管的电容特性来减小高速信号上的寄生电容”。

二极管妙用—减少寄生电容

首先,我们熟悉下二极管的电容特性:图4所示的是IN4448HWS二极管的电容特性。零反向偏压下,电容是3pF,随着反向偏压越来越大,结电容越来越小。
 

图4  电容特性
    在高速信号线上,通常会附加一些功能,这些功能通常会带来不利的影响,如会产生很大的寄生电容,这个电容视具体的电路模块而定。如果忽略这个电容,可能会影响这个信号的频率。最不幸的是,就算您注意到了这个电容,由于附加的功能模块产生的电容太大,似乎也无能为力。通用附件功能接入法如图5所示:

 
图5  通用附件功能接入法
    为了减少信号线上的寄生电容,可以在附件功能的接入点处增加一个二极管,这个二极管必须节电容比较小的,通常选用小信号开关管,如果考虑到大电流问题,则需要慎重考虑选型问题。

 

图6  正向接入法

正向接入方法如图6所示,二极管接在信号线与附件功能模块之间,这表示附加功能模块使能时是高电平输出的。另外,为了更大程度地减小寄生电容,通常使二极管工作在反偏压状态下,即UL 接至低电平。在附加功能模块不工作,二极管处于最大反偏压下,具有更小的节电容,信号线能够工作在高频状态下,系统获得更高的性能。

 

图7  反向接入法

反向接入方法如图7所示,与正向接入不同的是,二极管的正极接到信号线上,UH接至高电平。
    不管正向还是反向接入法,其等效电路都如图8所示。我们假设二极管的节电容为3pF,附件功能模块寄生总电容1uF。如果电阻足够大,那么可以忽略,此时就是两个电容串联,和电阻并联类似,CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2较大)。大电容就算变化很大,串联总电容几乎等于小电容,即3pF,有效减小接入电容。

 

图8  等效电路

以上运用是建立在二极管单向导电性和较小节电容的基础上。正向接入和反向接入只能是单方向的,不能解决所有情况,也就是说只能针对特殊的功能模块。如果附加功能模块需要双向的,把图6和图7结合或许是不错的选择

关键字:二极管  电容

编辑:刘璐 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/article_2017031627060.html
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