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CMOS的输入端保护电路,感觉上端二极管和VCC完全没必要要啊

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楼主

这是CMOS输入端的保护电路,个人感觉上面的二极管(红圈圈着的)和VCC根本可以不要啊!分析如下:

⑴VCC为什么可以不要?
答:VCC通过一个反向二极管连于输入端,那这个VCC还有什么用?说上拉也不是上拉,因为二极管反向相当于断路了,那有个毛用。

⑵上面的二极管(红圈圈着的)和VCC为什么可以不要?
答:假设二极管的击穿电压是8V,并且击穿后稳压在8V,VCC=5V

①当输入电压大于0V小于8V时,此时两个二极管都不会被击穿,所以此种情况下没什么分析的必要。

②当输入电压超过8V时,上端的二极管从正向端到负端有个3V的正向偏置,所以上面那个二极管导通,但此时这个上端二极管导通丝毫作用也不起,原因是如果不考虑下端的二极管,那么管子的输入端仍然是超过8V的电压。若考虑下端的二极管,此时管子两端电压超过8V,所以击穿,二极将输入端电压维持在8V,继续增大电压,输入端仍然为8V,这样就起到了降压的作用。所以分析的结论是:此种情况下上端二极管及VCC完全没有起到一点降压的作用。

③当输入电压小于0V时,因为下端二极管两端有个正的电压差,所以不管是负的多少电压,下端二极管都会导通,且此时输入端的电位就为0或-0.7V(二极管的正向导通压降)。再看上端二极管,当输入电压值大于-3V小于0V时,此时二极管击穿不了。当输入电压值大于-3V时,上端二极管会承受5V-(-3V)=8V的电压值,因为是大于3V,所以这个电压差是大于8V的,此时上端二极管被反向击穿,但由于下端二极管的导通作用,输入端的电压仍然为0V或-0.7V。所以我们可以看出,在此种情况下,上端二极管及VCC仍然没起任何保护作用。

那既然如些,那要上端的二极管和VCC到底起什么作用呢?小弟完全不能理解,求高手作答。

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沙发
youss| | 2013-3-10 06:04 | 只看该作者
本帖最后由 youss 于 2013-3-10 06:08 编辑

③当输入电压小于0V时,因为下端二极管两端有个正的电压差,所以不管是负的多少电压,下端二极管都会导通,且此时输入端的电位就为0或-0.7V(二极管的正向导通压降)。
下端二极管可导通,上端的也会导通(箝位在5+0.7v)呵! 还有二极管反向怎么就是8v呢?

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板凳
refee| | 2013-3-10 13:40 | 只看该作者
如果输入端出现意外,有个瞬间的高电压咋办?既然是保护电路,当然需要要考虑这些意外……

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地板
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 14:09 | 只看该作者
大神们,我是假设二极管反向稳压8V,是假设,不是真的哈

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5
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 14:12 | 只看该作者
refee 发表于 2013-3-10 13:40
如果输入端出现意外,有个瞬间的高电压咋办?既然是保护电路,当然需要要考虑这些意外…… ...

有个瞬间的正的高电压,那么上管导通,下管被击穿,下管发挥稳压的作用使输入端的电压维稳在8V(假设是8V哈),此时上管也完全没有作用。如果是瞬间负的高电压,那么就同我上面分析的第③点,此时上端的二极管也没起什么作用呢。

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6
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 14:17 | 只看该作者
youss 发表于 2013-3-10 06:04
③当输入电压小于0V时,因为下端二极管两端有个正的电压差,所以不管是负的多少电压,下端二极管都会导通, ...

我是假设的8V,在第③点的情况下,上端的二极管是被击穿,此时管子输入端的电压不就等于输入电压吗(管子的输入端与输入是直连的啊)?但是若考虑下端二极管的导通,那么电位就会被拉到-0.7V,所以可见,上端的二极管和VCC还是不起作用的。

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7
refee| | 2013-3-10 14:21 | 只看该作者
你觉得普通二极管反向击穿电压为8V合理么?况且不是8V的稳压二极管的话,怎么击穿后还能稳在8V呢?

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8
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 14:32 | 只看该作者
refee 发表于 2013-3-10 14:21
你觉得普通二极管反向击穿电压为8V合理么?况且不是8V的稳压二极管的话,怎么击穿后还能稳在8V呢? ...

好吧,那咱们就不假设为8V可以了吧,那一般的二极管反向击穿后电压降为零吧?

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9
mcu5i51| | 2013-3-10 14:51 | 只看该作者
毫无意义的争论
首先常见的数字IC 如4000系列等电压范围是3-18V,排除了保护二极管8V击穿的可能,要不然可以作电源稳压器了。
由于电源电压的不确定性就注定了保护电压是未知的,采用这种电路可以讲电压钳位到供电电源范围
以尽量保证芯片不被击穿,最大化减少闩锁现象的发生和破坏

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10
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 14:54 | 只看该作者
mcu5i51 发表于 2013-3-10 14:51
毫无意义的争论
首先常见的数字IC 如4000系列等电压范围是3-18V,排除了保护二极管8V击穿的可能,要不然可 ...

保护原理是怎样的呢?个人感觉上端的二极管和VCC完全没有作用啊。感觉只需要下端的二极管就可以了啊。

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11
mcu5i51| | 2013-3-10 15:08 | 只看该作者
击穿保护就不说了;
闩锁保护就是保证输入电压不会高于工作电源电压,一旦超过电源电压一定值,就会形成PNPN结构,从而导致VDD,VSS短路,轻则电路停止工作,重则烧毁电路中的元件(应该是IC本身或电源电路)

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12
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 15:10 | 只看该作者
mcu5i51 发表于 2013-3-10 15:08
击穿保护就不说了;
闩锁保护就是保证输入电压不会高于工作电源电压,一旦超过电源电压一定值,就会形成PNP ...

前辈,你还是没正面回答我的问题啊。你就解释下这个电路是怎样保护的嘛?好吗!先谢过了!

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13
mcu5i51| | 2013-3-10 15:21 | 只看该作者
输入电压大于VCC电压+0.7V时,上端的二极管导通,电压限制在VCC+0.7V,输入小于GND的电压时,下端的二极管导通,电压限制在GND-0.7V

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14
zcw9911| | 2013-3-10 15:22 | 只看该作者
这两个二极管起一个钳位作用,上面的那个导通电压怎么会是8V? 应该是VCC+0.7V,当超过这个电压时上面的二极管导通,还有一个你怎么看出来这两个是稳压二极管而不是普通二极管?如果假设这两个二极管的反向击穿电压时100V,输入电压20V,你很快就能分析出上面的那个二极管的作用

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15
zcw9911| | 2013-3-10 15:25 | 只看该作者
LZ的那个8V不知道从哪冒出来的,一般的带有这种二极管防护的电路输入接100V都没有问题,前提是输入要做限流。

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16
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 18:30 | 只看该作者
zcw9911 发表于 2013-3-10 15:25
LZ的那个8V不知道从哪冒出来的,一般的带有这种二极管防护的电路输入接100V都没有问题,前提是输入要做限流 ...

我假设的,你们都没看到吗?也可以假设成2V,3V,说了这么多,可是这位前辈,你还是没说原理啊。

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17
cjhk| | 2013-3-10 18:40 | 只看该作者
个人觉得还是需要的   两个管子分别工作与正向和反响特殊情况   这个管子不多余

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18
大地知心|  楼主 | 2013-3-10 18:50 | 只看该作者
cjhk 发表于 2013-3-10 18:40
个人觉得还是需要的   两个管子分别工作与正向和反响特殊情况   这个管子不多余 ...

正向反向我都分析了,可是也没见上面那个管子有何作用。

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19
firegun| | 2013-3-10 18:57 | 只看该作者
ESD放电通道不仅仅是对地的,还有对电源的,因为没有绝对的地线。。。芯片遭遇的静电有可能是正尖峰也有可能是负尖峰。。。

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20
wswjw12345| | 2013-3-10 18:59 | 只看该作者
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