BAV99这个元件的设计是出于ESD的考虑,怕信号线易受到ESD的干扰或者放电损坏电路,因为这些接口都是互相对接的,怕接到的信号有大的静电。 当几KV的静电由输入端输入时,二极管被反向击穿,同时电荷被快速泻放到地或者电源。正的静电大部分泻放到电源,负的静电大部分泻放到地。达到ESD防护的目的。当正的静电发生时, D2 工作但D1不工作,因此这个钳位电压(clamping voltage)是5V加上D2的正向电压,当负的静电发生时,D1 工作但D2 不工作, 因此这个钳位电压是D1的正向电压.
如上图2.1所示:
当Pin脚的电压稍大于或等于 VDD+Vf(二极管正向导通压降)时,此时满足二极管正向导通条件,二极管导通,Pin位置被钳位,最大电压不会超过:Pin(Vmax) = VDD+Vf。
当Pin位置的电压等于-Vf值时,也就是说 GND电位 > Vf 满足二极管导通条件,二极管导通,此时Pin脚电压被钳位为-Vf电压。
作用:
1.限幅
2.保护(因后级为输出端,若后级端子从外界误插入比如电源装置时,起保护作用)
3.如果放在IC旁边,就有防高过电源电压和负脉冲的作用。
4.如果放在接口电路部分,是为了抑制传导抗扰。接口电路的共模干扰耦合进来后,会在信号线上产生双向的高电压,使用BAV99,电压幅度会在接口处被箝位。但是,有了外来干扰后,正压箝位用的电源上将会产生较大的噪声。同样,负压箝位在地上也会产生较大的噪声。所以通常建议BAV99和接口阻容滤波一起使用。
实例
假定:VDD=5V,D1和D2的导通电压为0.7V,输入信号电压为V;如果:V>VDD+D1的导通电压=5.7V,则D1导通,多于的电流流入VDD,使得进入内部的信号电压<=5.7V; 如果:V<Vgnd=0V,则D2导通,多于的电流流入GND,使得进入内部的信号电压在-0.7V左右;
Pin脚最大电压:当Pin的电压 ≥ 5.7V时,此时 D1二极管正极 大于 负极0.7V,刚好满足二极管的正向导通条件,二极管会导通将其电位拉下来,避免了Pin脚的电压继续升高。
Pin脚最小电压:当Pin的电压 ≤ -0.7V时(GND电位为0),此时 D2二极管正极(GND电位) 大于 负极 0.7V,也刚好满足二极管的正向导通条件,二极管会导通将其电位钳住,避免了Pin脚的电压继续拉低。
总结:
正向钳位电路:用于限制信号的峰值不超过某个正向电压。钳位点最大电压 = VDD+Vf。
反向钳位电路:用于限制信号的峰值不超过某个反向电压。钳位点最小电压 = -Vf。
应用场景:
电压保护:防止电路受到瞬时过电压的影响。
信号处理:在音频或视频信号处理中,用于限制信号的幅度,以避免失真。
电源稳压:在简单的电源稳压电路中,可以使用钳位二极管来限制输出电压的波动。
浪涌保护:保护电路免受电压尖峰或瞬变的影响。
一个实际使用案例:如下电路,在测试的时候SIG1不小心接入了36v电压,D13被反向击穿,对后端的电路及IC芯片SN74AUP2G04DCKR起了保护作用,只是D13被损坏了,其他器件均完好。