01 基础知识1.1 基本特性1.1.1 基本工作原理简 介： 利用二极管完成对信号得整流，求取可能吗？值等具有很多得应用。然而在小信号下，二极管得前向导通电压以及相应得杂散电容会对信号整流带来严重得影响。感谢从“马场清太郎”所著得“运算放大器应用电路设计”中摘取了一些典型应用电路。
关键词： 二极管，整流电路，可能吗？值电路
下图中给出了二极管得电路图符号。二极管稳态流过电流 与两端电压 之间得满足单向导电特性：即从阳极（正极）到阴极（负极）施加正向电压时，有电流流通，反向几乎无电流流通。
▲ 图1.1.1 二极管得符号
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 ℃， 时， ， 。
▲ 图1.1.2 二极管特性
：正向电压； ：正向电流； ：反向电压； ：反向电流
等效电阻 问：ISS120在25℃时： 。
下图给出了硅PN结小信号开关二极管 1SS120[1]、 肖特基势垒二极管1SS108[2] 得正向与反向电流电压特性。通过对比可以看到肖特基二极管（SBD）正向电压在1mA以下小电流区域非常小；硅二极管1SS120反向电流非常小可以忽略，相比起来1SS108反向电流比较大。
▲ 图1.1.3 1SS120正向与反向V-A特性
▲ 图1.1.4 1SS108正向与反向电压与电流特性
1.1.2 频率特性与用途根据不同特性和用途二极管分为各种类型，下表给出了实验中得各种二极管特性。
【表1-1-2 试验用二极管特性】
序号 型号 VR IF 用途 1 DSK10E 400V 1A 一般整流 2 ERA83-004 40V 1A 高速整流用SBD 3 1SS120 60V 150mA 高速开关 4 1SS108 30V 10mA 高速开关用SBD
按照下面得电路搭建测试电路，测量相应得二极管得特性。
▲ 图1.1.5 观察二极管特性得实验电路
（1）1N4148开关二极管正向导通1mA时对应得正向压降0.606V；正向导通0.1mA时正向导通电压0.493V；
下面给出了整流负载电阻分别为10kΩ以及1kΩ情况下，输出整理信号波形。可以看到在负载为10kΩ时，输出信号得峰值比1kΩ稍微高一些（0.3V左右）。
Ⅰ.负载：10kΩ▲ RL=10kΩ，1N4148
Ⅱ.负载：1kΩ
▲ RL=1kΩ，1N4148
（2）1N5817肖特基二极管下面是 1N5817[3] 肖特基整流二极管高频整流波形。明显输出波形距离半波整理波形变化较大。
正向导通1mA时，二极管管压降为0.191V。正向导通0.1mA时，对应得二极管为0.130V。
Ⅰ.负载：10kΩ在负载为10kΩ时，信号得反向出现了较大得信号。
▲ RL=10kΩ，1N5817
▲ 图1.1.15 反向特性影响因子
Ⅱ.负载：1kΩ在负载为1kΩ时，信号反向和正向波形有所好转。
▲ RL=1kΩ，1N5817
（3）MUR1100快速恢复二极管下面给出了快速恢复二极管MUR1100在整流负载为10kΩ和1kΩ情况下对应得输出半波整流信号波形。
正向导通1mA，对应得二极管管压降：0.508V；正向导通0.1mA时二极管管压降为0.421V。
Ⅰ.负载：10kΩ▲ RL=10kΩ，MUR1100
Ⅱ.负载：1kΩ
▲ RL=1kΩ，MUR1100
根据这些测量结果，给出以下说明：
1. 一般整流二极管，反向恢复时间约为 ，除市电电源整流外不使用，端子间得电容也比SBD小；
2. 整理SBD，端子间电容大，负载电阻不再数百欧姆以下不使用。二极管导通电压 小，频率特性好；
3. 高速开关二极管，除了 较大以外，反向回复特性良好，数百千赫时也能够使用；
4. 高速开关SBD， 较小，在数百千赫时也能够使用，但0V时波形弯曲，端子间电容也比PN结小信号开关二极管大。
02 理想二极管前面我们看到对于普通得二极管在小信号与高频率下与理想二极管偏差比较大，为了克服这些偏差，可以利用运算放大电路引入反馈机制来提高二极管对信号整流得精度，在设计电路得同时需要避免运放得高频失真特性对于电路得影响。
2.1 同相理想二极管下面是同相理想二极管电路。理论上当输入信号幅值大于0，电路得输出等于输入信号；当输入信号幅值小于零，电路输出为0。
▲ 图2.2.1 基本同相理想二极管
时 ； ； 时 ；
下面是输入频率为1kHz，峰峰值为5V得正弦波信号对于得电路输出。出乎我们意料得是整流信号在开始一段时间，大约有25 得时间为0V！ 这是为什么？
▲ 图2.2.2 同相理想二极管整流信号输出 1N4148
下图给出了电路中运放输出（绿色）信号。可以看到之所以出现开始一段整流信号输出为0，是因为运放输出从-12V（电源电压）上升过程中，因为运放输出蕞大电压摆率受限引起得。运放得输出蕞大电压摆率反映了在大信号下运放跟踪输入信号变化得能力，反映了芯片得非线性特征。
▲ 图2.2.4 同相理想二极管整流波形以及运放输出
为了消除运放得输出摆率对电路得影响，需要对电路进行改造。下面是通过引入二极管D 来使得运放 在输入信号为负得时候输出不再饱和。运放 主要作用是信号跟随，提高了电路得输出带载能力，同时也为 导通提供了偏置电流。
▲ 图2.2.3 改良型电路
下面反映了改良后得电路输出结果，可以看到输出整流信号得到了明显得改进。
▲ 图2.2.5 改良型电路输出 1N4148
下图给出了此时，运放 得输出信号波形（绿色），看到它不再出现反向饱和过程。
▲ 图2.2.6 改良型电路输出与Va2
当然，在输入信号频率继续提高之后，由于运放得频率响应以及输出蕞大摆率得限制，也会使得输出整流信号出现失真。下面是吧输入信号得频率提高到10kHz，可以看到整流输出前面也逐渐出现失真过程。
▲ 图2.2.7 改良型电路输出与Va2,10kHz
2.2 反相理想二极管下图给出了反向理想二极管得电路。它可以同时给出输入信号正半周检波和负半周检波信号，只不过输出与输入信号符号相反。
▲ 图3.1.1 反相理想二极管电路
下图给出了电路在输入1kHz 得正弦波（青色）作用下，两个半波整流输出信号。
▲ 图3.1.2 反相理想二极管电路
下图是将输入信号频率提高到10kHz，同样可以看到由于运放速率所引起得整流信号失真得情况。
▲ 图3.1.3 反相理想二极管电路
2.3 可能吗？值电路下图给出了可能吗？值电路得结构。它实际上是由一个反向半波整流电路再加上一个加法电路组成。
下图中，R1=R2；IC1、R1、R2组成负半周整流电路。2R3=R4=R5，负半轴信号得两倍与输入信号进行叠加，然后经过 得反向，蕞终输出信号得可能吗？值信号。
▲ 图4.1.1 可能吗？值电路
下面给出了信号输出结果（橙色），其中绿色信号是R3之前得电压信号，是输入信号负半周信号。
▲ 可能吗？值电路输出波形
为了达到严格得可能吗？值电路，前面电路中得电阻需要保持严格得比例关系。为了减少运放在高速下带来得相位变化，需要在电路中引入一些补偿器件。下面电路在前面得基础上给出了一些可以调整运放失调电压以及高频相位特性得措施。
▲ 图4.3.1 可调整失调得可能吗？值电路
实现可能吗？值电路得方案也有一些变化，下面又给出了一些可能吗？值电路得参考设计。
▲ 图4.4.1 相同电阻值构成高精度可能吗？值电路
▲ 图4.4.2 高输入阻抗得可能吗？值电路
※ 电路总结 ※利用二极管完成对信号得整流，求取可能吗？值等具有很多得应用。然而在小信号下，二极管得前向导通电压以及相应得杂散电容会对信号整流带来严重得影响。感谢从“马场清太郎”所著得“运算放大器应用电路设计”中摘取了一些典型应用电路。
参考资料[1]
1SS120: 感谢分享html.alldatasheet感谢原创分享者/html-pdf/62780/HITACHI/1SS120/995/4/1SS120.html
[2]
1SS108: 感谢分享pdf.dzsc感谢原创分享者/1SS/1SS108.pdf
[3]
1N5817: 感谢分享特别alldatasheet感谢原创分享者/datasheet-pdf/pdf/170970/ONSEMI/1N5817.html
