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为什么肖特基二极管常用于箝位电路?

为什么肖特基二极管常用于箝位电路? IPBrain产品课堂
2026-09-15
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导读:在电子电路设计中,箝位电路能够限制信号的电压范围,防止过压或欠压对电路造成损害。肖特基二极管因其独特的电气特性而被广泛应用于箝位电路。
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感谢阅读产品课堂第97期



在电子电路设计中,箝位电路能够限制信号的电压范围,防止过压或欠压对电路造成损害。


肖特基二极管因其独特的电气特性而被广泛应用于箝位电路,但为何这种特殊的二极管能够如此有效地限制电压或电流的变化范围?



什么是箝位电路? 


箝位电路通过将脉冲信号波形的某部分固定在选定电平并保持其余波形形状不变,可将信号的电平限制在某个固定范围内,从而保护后续电路免受过压或欠压的影响。


电路的输入和输出波形

图源:网络)


箝位电路通常由二极管、电阻和电源等元件组成,在高频信号处理、功率转换电路以及运算放大器应用中具有重要作用。


下图是一个二极管箝位电路,该电路通过利用二极管和电容器的充放电特性,实现了对输入信号的箝位功能。


二极管波形箝位电路

(图源:网络)





肖特基二极管的特点 


肖特基二极管即热载流子二极管,肖特基二极管不是利用PN结原理,而是利用金属和半导体接触所形成的肖特基势垒制作的。


肖特基二极管分立器件

(图源:网络)


肖特基二极管的结构与普通二极管有所不同。肖特基二极管使用的是键合到N型掺杂材料中的单层薄金属,而不是双层掺杂半导体材料。


这种金属与N型半导体层叠的组合也称为M-S结(金属-半导体结,这个结被称为肖特基势垒)。


结构示意图

(图源:IPBrain平台)




肖特基二极管的特性优势 


与普通二极管相比它具有以下独特特性:


1. 较低的正向压降:肖特基二极管的正向导通压降较低,通常在0.15V-0.45V之间,而普通二极管的导通压降在0.6V-1.7V之间。


优势:这种特性使得肖特基二极管在高电流应用中具有更高的效率,能够显著减少能量损耗。


(图源:网络)


2. 较快的开关速度:肖特基二极管的反向恢复时间极短(通常仅为几纳秒),使其能够快速响应瞬态电压变化。


优势:在箝位电路中实现快速响应,有效跟踪和限制高速信号中的瞬态尖峰。


(图源:网络)


3. 较低的结电容:相比普通二极管,肖特基二极管具有更低的寄生电容。


优势:这有助于减少电路中的寄生效应,提高系统稳定性和响应速度,使箝位器件在更宽频率范围内高效工作。


了解到了肖特基二极管在箝位电路中的优势,接下来结合实际案例进一步看看其应用。



芯片中的肖特基二极管 


平台君在IPBrain平台上找到这款放大器OP284芯片,它是亚德诺的一款精密轨到轨输入输出运算放大器。


OP284_规格书.png

芯片简介

(图源:芯片规格书)


根据芯片规格书了解到OP284是双路单电源运算放大器,带宽为4MHz,具有轨到轨输入和输出特性。它们保证能在3V至36V(或 ±1.5V 至 ±18V)的电压范围内工作。


该放大器非常适用于同时需要交流性能和精密直流性能的单电源应用。


OP284_TOP.png

顶层电路图

(图源:IPBrain平台)


下图是该芯片中的一个放大器模块电路图,箭头指向位置是肖特基二极管。


OP284_AMP2.png

放大器电路图

(图源:IPBrain平台)


可以看到电路图中肖特基二极管与三极管组合形成一个箝位电路(黑色虚框位置)。该电路的目的是防止基极电压过高,使得三极管脱离放大器,进入饱和区。


肖特基二极管箝位的三极管.png

肖特基二极管箝位的三极管

(图源:IPBrain平台)


正如前面内容所述,肖特基二极管具有较低的正向导通压降,当三极管的B极电平高于C极电平时,若BC结即将发生正向导通,则肖特基二极管会优先导通。


这样一来,它能够平衡B极和C极之间的电压差,阻止BC结本身的二极管效应,从而达到让三极管始终工作在放大区的目的。


下面给出肖特基二极管的特征图像。


OP284_DIOSCHOTTKY1.png

肖特基二极管特征图像

(图源:IPBrain平台)


结合图像可以看出肖特基二极管结构很简单。将接触孔直接放到N-上就可以形成一个肖特基二极管,金属端为PLUS,N-为MINUS。





结语


肖特基二极管反向恢复时间极短,能快速响应高频信号,减少在箝位过程中的信号失真,且其正向导通压降低,可降低箝位电路的功耗,提高电路效率。




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