一、二極管壓降的原理

二極管是一種具有單向?qū)щ娦再|(zhì)的電子器件，在電路中常常用于整流、穩(wěn)壓、保護(hù)等方面。當(dāng)二極管正向?qū)〞r(shí)，其兩端會(huì)產(chǎn)生明顯的壓降，這是由于電子在通過二極管的過程中，需要克服二極管的勢(shì)壘電壓才能完成導(dǎo)通。因此，二極管的壓降是電路中一個(gè)比較常見的問題。

二、串聯(lián)電阻補(bǔ)償

為了對(duì)抗二極管的壓降，在電路中可以采用串聯(lián)電阻的方式，在二極管的兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，形成一個(gè)電壓分壓電路，以降低二極管的壓降。

串聯(lián)電阻補(bǔ)償?shù)脑肀容^簡(jiǎn)單，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題。一方面，串聯(lián)電阻的大小會(huì)影響電路的工作性能，需要經(jīng)過精確計(jì)算才能避免產(chǎn)生負(fù)面影響;另一方面，串聯(lián)電阻會(huì)消耗電路中的能量，影響電路的效率。

三、反向并聯(lián)二極管補(bǔ)償

除了串聯(lián)電阻補(bǔ)償，還可以采用反向并聯(lián)二極管的方式，在二極管的兩端并聯(lián)一個(gè)反向二極管，形成一個(gè)反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)。反向二極管在電路中不進(jìn)行任何工作，只是通過在二極管兩端形成反向壓降來抵消二極管產(chǎn)生的正向壓降。

反向并聯(lián)二極管補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，不需要過多計(jì)算，且對(duì)電路的性能影響較小。但是需要注意的是，反向并聯(lián)二極管的質(zhì)量需要保證，否則可能會(huì)對(duì)電路造成負(fù)面影響。

四、電壓調(diào)節(jié)二極管補(bǔ)償

除了上述兩種補(bǔ)償方法之外，還可以采用電壓調(diào)節(jié)二極管的方式進(jìn)行二極管的壓降補(bǔ)償。電壓調(diào)節(jié)二極管是一種特殊的二極管，具有穩(wěn)壓的作用，可以在電路中用來維持穩(wěn)定的電壓值。如果在電路中采用電壓調(diào)節(jié)二極管進(jìn)行二極管壓降補(bǔ)償，那么就需要選擇適當(dāng)?shù)姆€(wěn)壓二極管進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

二極管壓降可以通過調(diào)整電路參數(shù)或使用補(bǔ)償電路來進(jìn)行補(bǔ)償?。

?補(bǔ)償方法?：

?調(diào)整電路參數(shù)?：通過改變電阻、電容等元件的值，可以調(diào)整電路的工作點(diǎn)，從而補(bǔ)償二極管的壓降。

?使用補(bǔ)償電路?：設(shè)計(jì)專門的補(bǔ)償電路，如運(yùn)放電路，來精確補(bǔ)償二極管的壓降，提高電路的精度和穩(wěn)定性。

通過上述方法，可以有效地對(duì)二極管壓降進(jìn)行補(bǔ)償，確保電路的正常工作。

二極管正向壓降與二極管整流同樣實(shí)用，它會(huì)隨溫度的不同而發(fā)生很大變化，從而導(dǎo)致?lián)p耗增加，使電源出現(xiàn)容許誤差。

雖然不可能消除損耗，但可以使用二極管來減少某些應(yīng)用中的容差錯(cuò)誤。本文將通過三個(gè)實(shí)例來展示如何達(dá)成這一目標(biāo)。

您可以使用一個(gè)電阻器和一個(gè)齊納二極管構(gòu)建一款簡(jiǎn)單的低電流穩(wěn)壓器。這種穩(wěn)壓器通常適用于非臨界應(yīng)用，如內(nèi)部偏置電壓等。一般來說，電路會(huì)將輸出電壓的容許誤差控制在約±10%的范圍，但也可能通過串聯(lián)一個(gè)二極管來改進(jìn)調(diào)節(jié)功能。

圖1顯示了在齊納二極管電路中串聯(lián)一個(gè)二極管，曲線繪制了齊納二極管的不同電壓對(duì)應(yīng)的溫度系數(shù)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管電壓大于4.7V時(shí)，溫度系數(shù)逐漸變?yōu)檎龜?shù)，因此當(dāng)工作溫度升高時(shí)，齊納二極管電壓隨之升高。如果與溫度系數(shù)為負(fù)值的二極管配對(duì)，通過降低二極管正向電壓，齊納二極管增加的電壓會(huì)被抵銷，從而消除溫度誤差。

齊納二極管電壓小于4.7V時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度系數(shù)為負(fù)值，串聯(lián)一個(gè)二極管實(shí)際上會(huì)增大調(diào)節(jié)誤差。

圖1：將正溫度系數(shù)齊納二極管與負(fù)溫度系數(shù)二極管串聯(lián)可以降低溫度誤差。

例如，7.5V的齊納二極管的溫度系數(shù)為+5mV/°C，而傳統(tǒng)二極管(BAT16)的溫度系數(shù)在10mA電流下約為-1.6mV/°C。二極管電流非常小時(shí)，溫度系數(shù)會(huì)逐漸變小(-3mV/°C)，因此務(wù)必在齊納二極管有電流經(jīng)過時(shí)進(jìn)行檢查。理想的情況是正負(fù)溫度系數(shù)完全相互抵消，但是這不切實(shí)際也沒有必要，簡(jiǎn)單的改進(jìn)便已足夠。在二極管具有高電壓且正溫度系數(shù)更高的情況下，可以使用兩個(gè)(或兩個(gè)以上)二極管改進(jìn)抵消的效果。

圖2顯示了在工作溫度范圍為25°C~100°C時(shí)，在沒有串聯(lián)二極管、串聯(lián)一個(gè)二極管和串聯(lián)兩個(gè)二極管的情況下，圖1中計(jì)算得出的電壓調(diào)整偏差與不同齊納二極管輸出電壓的對(duì)比情況。圖2中的垂直線顯示增加串聯(lián)二極管后，在7.5V輸出電壓下，與溫度相關(guān)的誤差可以減少3~5%。

圖2：將一個(gè)或多個(gè)二極管與電壓值超過4.7V的齊納二極管串聯(lián)可以降低電壓調(diào)節(jié)誤差。

第2個(gè)例子中使用了轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器要求電平移位器向控制電路發(fā)送輸出電壓信息。

圖3是一個(gè)負(fù)輸入到正輸出的反相降壓-升壓電路。控制電路以-Vin軌為基準(zhǔn)，輸出電壓以接地端為基準(zhǔn)。為了使控制電路精確調(diào)整輸出電壓，電平移位器重建了“FB和-Vin”間的差分“Vout到GND”電壓。在這一實(shí)現(xiàn)中，約等于(Vout - Vbe Q1)/R的電流源從Vout流向Vin。電流在較低電阻中流動(dòng)，重建以-Vin為基準(zhǔn)的輸出電壓。增加Q2，配置成二極管，可以恢復(fù)Q1產(chǎn)生的Vbe壓降損失。此時(shí)，除了與beta相關(guān)的小誤差，F(xiàn)B引腳處的電平位移電壓差不多復(fù)制了Vout和GND間的電壓。

增加“二極管”Q2的一個(gè)好處是可以使Q2的正向電壓和Q1的電壓非常接近，因?yàn)榱鹘?jīng)這兩者的電流幾乎完全一樣。要想獲得與Q2匹配的最佳電壓，應(yīng)使用與Q1同樣的電阻器。另一個(gè)好處是兩個(gè)電阻器具有相同的溫度系數(shù)，使兩者可以更準(zhǔn)確地追蹤彼此的正向電壓。與Vbe變化相關(guān)的溫度誤差顯著減少，因?yàn)樗鼈儽舜讼嗷サ窒? (VFB ~ Vout — Vbe Q1 + Vbe Q2)。將Q1和Q2放在相鄰的位置非常重要，因?yàn)檫@樣兩者就處于相同的溫度下，如有可能，請(qǐng)使用雙晶體管封裝。

圖3：電平移位器用Q2抵消Q1相關(guān)的變化。

圖4的第3個(gè)示例顯示帶有一組電荷泵級(jí)的升壓轉(zhuǎn)化器，每級(jí)“n” 向總輸出增加近似“V1”，得到結(jié)果 “Vn + 1”。

圖4：電荷泵二極管壓降可以相互抵消。

總輸出電壓的近似值為：

在公式(1)中，可以看出Vn+1很大程度上由n的倍數(shù)決定，但受到二級(jí)管正向壓降相關(guān)的“誤差項(xiàng)”和電荷泵轉(zhuǎn)換電容紋波電壓的影響，會(huì)有所減少。假設(shè)所有二極管都是相同類型的，那么它們的正向電壓等于：

VD1 = VDa = VDb，得出公式(2)：

公式(2)中，右邊的“誤差項(xiàng)”使輸出電壓低于理想的n+1倍。要改進(jìn)這點(diǎn)，VDa和VDb使用肖特基二極管，而VD1使用傳統(tǒng)二極管，正向電壓降等于：

VDa = VDb = VD1/2，得出公式(3)：

從公式(3)可以看出，減少二極管壓降相關(guān)的誤差項(xiàng)從而進(jìn)一步增加輸出電壓是可能的。但公式(3)仍然只是一個(gè)近似值，輸出電壓增加的概念是有效的。

二極管正向電壓和溫度變化常常會(huì)降低電路的性能，但不一定總是如此。這些設(shè)計(jì)實(shí)例展示的方法都有可能抵消或最大程度減小二極管溫度相關(guān)的誤差。