如何妙用二極管減少寄生電容

　　二極管以其單向?qū)щ娞匦?，在整流開(kāi)關(guān)方面發(fā)揮著重要的作用;其在反向擊穿狀態(tài)下，在一定電流范圍下起到穩(wěn)壓效果。令人意外的是，利用二極管的反偏壓結(jié)電容，能夠有效地減少信號(hào)線上的接入寄生電容，這里將近一步討論這個(gè)運(yùn)用。

　　上次我們分享了關(guān)于“如何妙用二極管的導(dǎo)通壓降”的知識(shí)，之后有用戶要求了解更多有關(guān)電子類器件的知識(shí)，這里就來(lái)講講“如何妙用二極管減少寄生電容”。

　　二極管參數(shù)—單向?qū)щ娦?/p>

　　提到二極管，大家最熟悉的就是二極管的單向?qū)щ娦裕从撤睬€上如圖1所示。當(dāng)正向偏壓U=0.5V(硅管)時(shí)，二極管開(kāi)始導(dǎo)通，電流越大電壓越大，具有很低阻抗;當(dāng)加反向偏壓時(shí)二極管不導(dǎo)通，在一定范圍內(nèi)有很小的漏電流，具有很大阻抗。其這個(gè)單向?qū)щ娦裕财鸬搅碎_(kāi)關(guān)的作用，所以在整流和開(kāi)關(guān)方面都有廣泛的應(yīng)用。

　　圖1 二極管伏安特性曲線

　　二極管有一個(gè)參數(shù)，沒(méi)有單向?qū)щ娦阅敲磸V為人知，但是對(duì)電路設(shè)計(jì)的影響也至關(guān)重要，那就是“結(jié)電容”。

　　二極管參數(shù)—結(jié)電容

　　在一些高速場(chǎng)合，需要選結(jié)電容比較小的二極管;在某些場(chǎng)合，則需要利用這個(gè)結(jié)電容來(lái)達(dá)到特定的目的，比如壓控振蕩器(VCO)，正是利用了變?nèi)荻O管在不同的反向偏壓下有不同的電容值，從而達(dá)到電壓控制頻率的目的。

　　圖2 壓控振蕩器應(yīng)用電路-實(shí)例

　　在高速電路上，由于頻率越來(lái)越高，寄生電容的影響已經(jīng)不能忽視了。在系統(tǒng)中，這些不期望的電容來(lái)自方方面面，比如PCB的材質(zhì)、厚度、板層結(jié)構(gòu)、走線平行度，這些都是影響PCB板的寄生電容，還有元器件本身的寄生電容，最可惡的是這些東西還受環(huán)境溫度的影響。

　　圖3 寄生電容引起“振鈴”

　　難道就沒(méi)辦法對(duì)付它們了嗎?通過(guò)工程師們的不懈努力，發(fā)現(xiàn)這些影響是可以通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)來(lái)減少的。下面我們將討論下怎樣“利用二極管的電容特性來(lái)減小高速信號(hào)上的寄生電容”。

　　二極管妙用—減少寄生電容

　　首先，我們熟悉下二極管的電容特性：圖4所示的是IN4448HWS二極管的電容特性。零反向偏壓下，電容是3pF，隨著反向偏壓越來(lái)越大，結(jié)電容越來(lái)越小。

　　圖4 電容特性

　　在高速信號(hào)線上，通常會(huì)附加一些功能，這些功能通常會(huì)帶來(lái)不利的影響，如會(huì)產(chǎn)生很大的寄生電容，這個(gè)電容視具體的電路模塊而定。如果忽略這個(gè)電容，可能會(huì)影響這個(gè)信號(hào)的頻率。最不幸的是，就算您注意到了這個(gè)電容，由于附加的功能模塊產(chǎn)生的電容太大，似乎也無(wú)能為力。通用附件功能接入法如圖5所示：

　　圖5 通用附件功能接入法

　　為了減少信號(hào)線上的寄生電容，可以在附件功能的接入點(diǎn)處增加一個(gè)二極管，這個(gè)二極管必須節(jié)電容比較小的，通常選用小信號(hào)開(kāi)關(guān)管，如果考慮到大電流問(wèn)題，則需要慎重考慮選型問(wèn)題。

　　圖6 正向接入法

　　正向接入方法如圖6所示，二極管接在信號(hào)線與附件功能模塊之間，這表示附加功能模塊使能時(shí)是高電平輸出的。另外，為了更大程度地減小寄生電容，通常使二極管工作在反偏壓狀態(tài)下，即UL 接至低電平。在附加功能模塊不工作，二極管處于最大反偏壓下，具有更小的節(jié)電容，信號(hào)線能夠工作在高頻狀態(tài)下，系統(tǒng)獲得更高的性能。

　　圖7 反向接入法

　　反向接入方法如圖7所示，與正向接入不同的是，二極管的正極接到信號(hào)線上，UH接至高電平。

　　不管正向還是反向接入法，其等效電路都如圖8所示。我們假設(shè)二極管的節(jié)電容為3pF，附件功能模塊寄生總電容1uF。如果電阻足夠大，那么可以忽略，此時(shí)就是兩個(gè)電容串聯(lián)，和電阻并聯(lián)類似，CT=C1*C2/(C1+C2)≈C1(C2較大)。大電容就算變化很大，串聯(lián)總電容幾乎等于小電容，即3pF，有效減小接入電容。

　　圖8 等效電路

　　以上運(yùn)用是建立在二極管單向?qū)щ娦院洼^小節(jié)電容的基礎(chǔ)上。正向接入和反向接入只能是單方向的，不能解決所有情況，也就是說(shuō)只能針對(duì)特殊的功能模塊。如果附加功能模塊需要雙向的，把圖6和圖7結(jié)合或許是不錯(cuò)的選擇