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一、什么是钳位二极管

钳位二极管其实就是TVS 管，也就是瞬态抑制二极管的简称（Transient Voltage Suppressor）。它是在稳压二极管的基础上发展而来的，是一种二极管形式的新型高效能保护器件，也就是限压型的过压保护器件。

TVS通常采用二极管式的轴向引线封装结构，也有贴片的，TVS的核心单元是芯片，芯片有单极型和双极型两种结构，单极型TVS有一个PN结，双极型TVS有两个PN结。单极性只对一个方向的浪涌电压冲击起保护作用，双极性。

瞬态二极管对相反的极性浪涌电压冲击都起保护作用，相当于两只稳压管反向串联。这种管突出的特点就是具有击穿电压低、响应时间为几十ps数量级、漏电流小、瞬态功率大、无噪声等特点，因此在信号系统内得到广泛的应用及认可。

下面来先了解一下两个二极管反向串联时候是怎工作的，如下图D1和D2两个二极管反向串联在一起，这属于钳位保护电路，也有利用这种钳位来取过零信号，在钳位电路中，二极管负极接地，则正极端电路被钳位零电位以下；工作时候一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5-0.7（假如导通压降是此）以下，从而起到保护电路的目的。

二、钳位二极管保护原理

如下图是TVS管的电压---电流特性。在浪涌电压的作用下，TVS管两极之间电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR 时被击穿，出现了击穿电流,，于是流过 TVS 管的电流将达到峰值脉冲电流 IPP ,其两端的电压也被钳位于预定的最大钳位电压VC以下。其后随着脉冲电流按指数衰减，TVS 管两极的电压也不断下降，最后恢复到初态 ，这就是 TVS 管抑制浪涌电流脉冲功率，保护电子器件的原理。

三、钳位二极管保护线路

保护电路在很多方面都有应用，例如在电机通断电路应用、电源过压冲击应用、通讯电路防静电保护、各种负载冲击电路等。如下图是其中的四种。

1、线路冲击保护电路

这是应用比较多的，一般是在直流的场合，只需要加单向的就可以了，有些还加双向的。

2、因负载通断引起冲击的保护电路

由于很多负载都不是纯阻性的，在关断过程当中都会有一个反向电动势等尖峰电压，很容易损坏负载以及电路元器件。

3、继电器、接触器等保护电路应用

在继电器有时候也可以反向并联一个快恢复二极管。

4、电源过压冲击应用

四、钳位二极管选用

在使用TVS二极管时需要选择合适的管子，要不然达不到既经济又能保护电路的效果，在实际当中一般都要注意以下三点：

1、单向还是双向

由于双向TVS可以在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，并把电压箝制到预定水平。如果电路有可能承受来自两个方向的浪涌电压冲击时， 应当选用双向TVS。 值得注意的是：双向TVS一般适用于交流电路，单向TVS一般用于直流电路。

2、最大峰值脉冲功耗

TVS的最大峰值脉冲功耗PM必须大于电路中出现的最大瞬态浪涌功率。由于在实际应用过程中，浪涌有可能重复地出现，因此在规定的间隔时间内，重复施加脉冲能量的累积不至于超过TVS器件的脉冲能量额定值。

3、最大反向工作电压

最大反向工作电压的选取也是一个比较重要参数，一般原则是以交流电压

的1.4倍来选取TVS管的最大反向工作电压。 直流电压则按1.1～1.2倍来选取TVS管的最高反向工作电压。

电子电路设计

钳位二极管的原理是什么？

答：弄懂这个问题时，先必须了解何谓钳位电路? 能够把输入输出信号的波形的某一部分固定在选定的电平上的电路，称为钳位电路。 如想改变钳位电平，可在电路中接入直流电势。如想将脉冲的底部钳后，侧可以将二极管反接。 下图为一典型的集成运放块的输入信号钳位电路。

其次要充分了解二极管的伏安特性曲线。 由于构成晶体二极管的基本环节是PN结，它在电路中所起的作用也是依靠它内部的PN结来完成的。因此晶体二极管的特性，实际上就是PN结的特性。

晶体二极管的种类按其结构和特性来分有很多种，其符号如下图1一1所示。

纵轴代表电流I，横抽表示加在二极管上的电压U，交点0上部的直线表示流经二极管的正向电流的大小，下半部直线表示流经二极管反向电流的大小。交点0右半部直线表示加在二极管上正向电压的大小。

左半部直线表示加在二极管上的反向电压的大小。电流和电压的大小由直线上的标度表示。 交点o又称原点，它表示加在二极管上的电压和流经二极管的电流等于零。

图中曲线oA一段表示随着加在二极管上的正向电压从0V增加0.2V，流经二极管的正向电流也由0增加到1mA。曲线AB的上半段几乎是陡峭的直线，正向电压从0.2V增加到1V时，正向电流由1mA急速增加到20mA，曲线AB越陡，正向电流增加就越快。因此，当正向电压很小时，正向电流增加得很缓慢；但当正向电压超过一定值时，随着正向电压的增加，使正向电流增加得非常快。 曲线0CD部分表示二极管承受反向电压时的情形。在曲线0C段，随着加在二极管上的反向电压的增加（从0增加到1V左右），反向电流也略有增加（从0增加到2uA左右）。

但当反向电压继续增加时，反向电流几乎保持原来的值不变，此电流称为反向饱和电流，因此曲线CD几乎是一个水平的、与横轴平行的直线。 对于用不同半导体材料和不同结构、不同工艺制造的二极管，其伏安曲线特性是有差异的。正向电流随正向电压上升的快慢程度以及反向电流的大小，都各不相同。但是伏安曲线特性的基本形状都是相似的。 如果继续增加二极管的反向电压，就会发现，当反向电压增加到某一数值时，流经二极管的反向电流将突然激增，如再少许增加反向电压，则电流更急剧增大，甚至烧坏二极管。这种现象称为二极管反向击穿电压。

钳位二极管钳位的原理是利用二极管伏安特性曲线中的正向特性来工作的。

上图中集成运算放大器中，是采用通用半导体公司的1N4007（它的反向恢复时间为30uS）。两只串联、两两并联，钳位电平在1.4Ⅴ左右，也可以根据实际需要用两只二极管反相并联，此时钳位电平 在0.7V左右。 常用的钳位二极管型号太多。例如；Dl0DES公司的FR107等等。

知足常乐2018.3.5于上海

知足常乐0724

钳位二极管一般在保护电路中用的比较多，起到对电压的钳位作用对后级电路起到保护作用，不至于后级电路被高压击穿。

钳位二极管的使用方法如下图所示，一般将二极管反向连接在电路中，电路正常工作时两个二极管都不会工作，不影响电路。

上图中，对于比较重要的引脚，如单片机的引脚，会加两个二极管，这两个二极管都是反向连接的，当引脚上出现比较高的电压后二极管D1构成通路将高压泄放掉，不至于高压把引脚打坏，比较典型的应用就是静电保护。如下图所示，绿色部分就是被钳位的电压。

现在有很多集成芯片，虽然内部也是两个二极管但是大大缩小了体积，以BAV99为例介绍一下。BAV99的内部结构如下图所示，就是由两个二极管构成的，其响应时间非常快，为ns级别。

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钳位二极管又叫瞬态抑制二极管。简称TVS。

实物及图形符号

常见的瞬态抑制二极管实物如下图所示。

瞬态抑制二极管有单极型和双极型之分。其图形符号见下图。

原理

瞬态抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件，当它两极间的电压超过一定值时，能以极快的速度导通，将两极间的电压固定在一个预定值上，从而有效地保护电子线路中的精密元器件。

下图所示是瞬态抑制二极管特性曲线，其伏安特性与普通稳压二极管的击穿特性一致，为典型的PN结雪崩器件。

时间-电压电流特性曲线中，曲线1时瞬态抑制二极管中的电流波形，它表示流过二极管的电流突然上升到峰值，然后按指数规律下降，造成这种电流冲击的原因可能是雷击、过压等。

曲线二是瞬态电压抑制二极管两端电压的波形，它表示二极管中的电流突然上升时，二极管两端电压也随之上升，但是最大只上升到Uc值，这个值比击穿电压略大，从而起到保护元器件的作用。

瞬态抑制二极管应用电路

下图所示是几种瞬态抑制二极管实用电路，电路中的VD1为瞬态抑制二极管，他们都在电路中起着瞬态电压保护的作用。

在浪涌保护电路中，也可以采用压敏电阻器，但是瞬态抑制二极管比压敏电阻的性能优越的多，反应速度快。

单极型瞬态抑制二极管

单极型瞬态抑制二极管用来抑制单向脉冲高压，如下图所示。当大幅度正脉冲的尖峰到来时，单极型瞬态抑制二极管反向导通，正脉冲被嵌在固定值上；在大幅度负脉冲到来时，若A点电压低于-0.7V，单极型瞬态抑制二极管正向导通，A点电压被嵌在-0.7V。

双极型瞬态抑制二极管

双极型瞬态抑制二极管可抑制双向瞬间高压，如下图所示，当大幅度正脉冲的尖峰到来时，双极型瞬态抑制二极管导通，正脉冲被钳位在固定值上，当大幅度负脉冲的尖峰到来时，双极型瞬态抑制二极管导通，负脉冲被抑制在固定值上。

在实际电路中，双极型瞬态抑制二极管更为常用，如无特别说明，瞬态抑制二极管是指双极型。

瞬态抑制二极管的检测

单极型瞬态抑制二极管具有单向导电性，其极性好坏与检测方法与稳压二极管相同。

双极型瞬态抑制二极管的两引脚无极性之分，用万用表RX1K档检测时，正、反向阻值应均为无穷大。双极型瞬态抑制二极管击穿电压的检测如下图所示。二极管VD为整流二极管，白炽灯用于降压限流，在220V电压正半周时VD导通，对电容充的上正下负的电压，当电容两端电压上升到瞬态抑制二极管的击穿电压时，瞬态抑制二极管击穿导通，两端电压不再升高，万用表测得的电压近似为瞬态抑制二极管的击穿电压。该方法适用于检测击穿电压小于300V的瞬态抑制二极管，因为220V市电的最高瞬间电压对电容充电最高达300V以上。

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