但是，您肯定知道，二極管不是一個(gè)單向閥。是的，電流只能從陽(yáng)極流向陰極，而不是從陰極流向陽(yáng)極，但我們也有這種麻煩的正向壓降需要處理。在某些情況下，~0.7 V的壓降（肖特基二極管較少）幾乎不可察覺(jué)。然而，在其他情況下，這是一個(gè)非常重要的煩惱，有時(shí)甚至可能使二極管無(wú)用（例如當(dāng)你想要糾正一個(gè)幅度與二極管正向電壓相當(dāng)?shù)恼也〞r(shí)）。
普通二極管總是具有正向電壓。換句話說(shuō)，沒(méi)有理想二極管這樣的東西。然而，可以創(chuàng)建模仿理想二極管的行為的電路，并且結(jié)果證明該電路1）非常簡(jiǎn)單并且2）僅需要普通二極管和另一種廣泛可用的電子元件。
該電路稱為超級(jí)二極管，它看起來(lái)像這樣：
超級(jí)二極管的功能
在我們查看模擬之前，我們將對(duì)此電路進(jìn)行定性分析。我們?cè)谶@里顯然有負(fù)反饋連接，但重要的是要認(rèn)識(shí)到運(yùn)算放大器將作為閉環(huán)放大器和開(kāi)環(huán)放大器運(yùn)行。
讓我們假設(shè)我們使用超二極管來(lái)糾正正弦波。我們需要某種初始條件，所以假設(shè)輸入為負(fù)且輸出電壓為0 V（這是有意義的，因?yàn)檩敵龉?jié)點(diǎn)通過(guò)負(fù)載電阻接地）。在初始條件下，運(yùn)算放大器的輸出在負(fù)軌處飽和，因此二極管不導(dǎo)通。由于二極管起到開(kāi)路作用，反饋連接斷開(kāi)，運(yùn)算放大器只是一個(gè)具有很高增益的開(kāi)環(huán)放大器。
一旦輸入電壓超過(guò)0 V，反相輸入（接地）和同相輸入之間就會(huì)有很小的差異。運(yùn)算放大器的增益非常高，導(dǎo)致輸出在正軌上飽和，這導(dǎo)致正向偏置二極管。二極管現(xiàn)在正在導(dǎo)通，因此建立了負(fù)反饋路徑。這意味著我們可以應(yīng)用“ 虛擬短路 ”近似，即，非反相輸入端的電壓必須等于反相輸入端的電壓。換句話說(shuō)，只要輸入電壓變?yōu)檎?，V OUT = V IN。
只要輸入電壓高于0 V，此條件就會(huì)保持有效。一旦V IN低于地電平，輸出就會(huì)嘗試擺動(dòng)負(fù)極，但這會(huì)使二極管反向偏置并使運(yùn)算放大器恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。 - 循環(huán)狀態(tài)。輸出再次通過(guò)負(fù)載電阻下拉至地。結(jié)果是近乎完美的整流器：當(dāng)輸入為正時(shí)，輸出等于輸入;_當(dāng)輸入為負(fù)時(shí)，輸出固定為0 V.
我們需要記住的一件事是負(fù)載電阻是電路的組成部分;_我們無(wú)法將超級(jí)二極管的輸出直接連接（即沒(méi)有下拉電阻）到高阻抗輸入端口，因?yàn)楫?dāng)二極管反向偏置時(shí)，運(yùn)算放大器的反相輸入端子基本上是浮動(dòng)的。此外，“反向偏置”的超級(jí)二極管將輸出電壓保持在地電位。在這方面，它與反向偏置二極管并不完全相同，后者的作用就像開(kāi)路一樣。
模擬
這是一個(gè)超級(jí)二極管的LTspice實(shí)現(xiàn)：
我們應(yīng)用0.5 V正弦波。以下圖表確認(rèn)輸出是輸入的半波整流版本。典型的硅二極管在這里什么也不做，因?yàn)檩斎腚妷簭牟桓叩阶阋允菇Y(jié)正向偏置，但是超級(jí)二極管表現(xiàn)不佳。
如果我們?cè)噲D糾正典型的120/240 VAC電源線電壓會(huì)怎樣？非常糟糕，確實(shí) - 這里是超級(jí)二極管的主要缺點(diǎn)之一。為了使超級(jí)二極管產(chǎn)生給定的輸出電壓，運(yùn)算放大器本身必須產(chǎn)生等于該輸出電壓加上二極管壓降的電壓。換句話說(shuō)，超級(jí)二極管的輸出電壓受到運(yùn)算放大器正電源軌的限制，并且該電壓軌可能遠(yuǎn)低于您想要整流的電壓。
超級(jí)二極管也施加了頻率限制。與任何運(yùn)算放大器電路一樣，運(yùn)算放大器的帶寬會(huì)影響高頻性能。下圖顯示了1 MHz正弦波的超級(jí)二極管（非常不起眼）整流：
我們可以從向下的斜率看到運(yùn)算放大器的頻率響應(yīng)開(kāi)始產(chǎn)生一些相移，但為什么半周期的向上斜率部分看起來(lái)如此可怕？AD8606的增益帶寬乘積為9 MHz，那么為什么1 MHz信號(hào)會(huì)降低性能？
好吧，請(qǐng)記住，當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí)，運(yùn)算放大器在負(fù)軌處飽和，并且運(yùn)算放大器從這種飽和狀態(tài)恢復(fù)有點(diǎn)困難。另一個(gè)問(wèn)題是我們違反了運(yùn)算放大器的輸入電壓范圍（AD8606數(shù)據(jù)表表明輸入電壓不應(yīng)低于負(fù)電源軌）。我不知道SPICE仿真在多大程度上準(zhǔn)確地傳達(dá)了這些條件的影響，但我們可以安全地假設(shè)現(xiàn)實(shí)生活中的電路在類似情況下也會(huì)表現(xiàn)出某種不良行為。
MMBD3004S-7-F www.dzsc.com/ic-detail/9_1314.html的參數(shù)
封裝/外殼：TO-236-3，SC-59，SOT-23-3
反向漏電流IR：100nA@240V
濕氣敏感性等級(jí)（MSL）：1（無(wú)限）
安裝類型：表面貼裝(SMT)
工作溫度-結(jié)：-65°C~150°C
反向恢復(fù)時(shí)間（trr）：50ns
速度：快速恢復(fù)=200mA（Io）
正向壓降VF：1.25V@200mA
電流-平均整流（Io）（每二極管）：225mA（DC）反向耐壓VR（最大值）：300V二極管類型：標(biāo)準(zhǔn)
二極管配置：1對(duì)串聯(lián)
