必會知識點(diǎn)！二極管限幅電路工作原理分析與理解

二極管最基本的工作狀態(tài)是導(dǎo)通和截止兩種，利用這一特性可以構(gòu)成限幅電路。所謂限幅電路，就是指限制電路中某一點(diǎn)的信號幅度大小，當(dāng)信號幅度大到一定程度時，不讓信號的幅度再增大;當(dāng)信號的幅度沒有達(dá)到限制的幅度時，限幅電路不工作。具有這種功能的電路稱為限幅電路，利用二極管來完成這一功能的電路稱為二極管限幅電路。

圖5-40所示是二極管限幅電路。在電路中，Al是集成電路(一種常用元器件)，VT1和VT2是三極管(一種常用元器件)，Rl和R2是電阻器，VDl～VD6是二極管。

1.電路分析思路 WH253K9JI

對電路中VD1和VD2作用分析的思路，主要說明下列幾點(diǎn)。

(1)從電路中可以看出，VD1、VD2、VD3和VD4、VD5、VD6兩組二極管的電路結(jié)構(gòu)一樣，這兩組二極管在這一電路中所起的作用是相同的，所以只要分析其中一組二極管的電路工作原理即可。

(2)集成電路Al的①腳通過電阻Rl與三極管VT1基極相連，顯然Rl是信號傳輸電阻，將①腳上輸出的信號通過Rl加到VT1基極(由于在集成電路Al的①腳與三極管VT1基極之間沒有隔直電容)。根據(jù)這一電路結(jié)構(gòu)可以判斷：集成電路Al的①腳是輸出信號引腳，而且輸出直流和交流的復(fù)合信號。確定集成電路Al的①腳是信號輸出引腳的目的，是為了判斷二極管VD1在電路中的具體作用。

(3)集成電路Al的①腳輸出的直流電壓顯然不是很高，沒有高到讓外接的二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。理由是：如果集成電路Al的①腳輸出的直流電壓足夠高，那么VD1、VD2和VD3導(dǎo)通，其導(dǎo)通后的內(nèi)阻很小，這樣會將集成電路Al的①腳輸出的交流信號分流到地，對信號造成衰減，顯然這一電路中不需要對信號進(jìn)行這樣的衰減。所以從這個角度分析得到的結(jié)論是：集成電路Al的①腳輸出的直流電壓不會高到讓VD1、VD2和VD3導(dǎo)通的程度。

(4)從集成電路Al酌①腳輸出的是直流和交流的疊加信號，它通過電阻Rl加到三極管VT1基極。VT1是NPN型三極管，如果加到VT1基極的正半周交流信號幅度出現(xiàn)很大的現(xiàn)象，就會使VT1的基極電壓很大而有燒壞VT1的危險。加到VT1基極的交流信號負(fù)半周信號幅度很大時，對VT1沒有燒壞的影響，因?yàn)閂T1基極上的負(fù)極性信號使VT1基極電流減小。

(5)通過上述電路分析思路可以初步判斷，電路中的VD1、VD2、VD3是限幅保護(hù)二極管電路，用于防止集成電路Al的①腳輸出的交流信號正半周幅度太大而燒壞VT1。

從上述思路出發(fā)對VD1、VD2、VD3二極管電路進(jìn)一步分析，分析如果符合邏輯，則可以說明上述電路分析思路是正確的。

2.二極管限幅電路

用畫出信號波形的方法分析電路工作原理有時相當(dāng)管用，用于分析限幅電路尤其有效，圖5-41所示是電路中集成電路Al①腳上的信號波形示意圖。

圖中，Ul是集成電路Al的①腳輸出信號中的直流電壓，①腳輸出信號中的交流電壓是“騎”在這一直流電壓上的。U2是限幅電壓值。

結(jié)合上述信號波形來分析這個二極管限幅電路，當(dāng)集成電路Al的①腳輸出信號中的交流電壓比較小時，交流信號的正半周加上直流輸出電壓奶也沒有達(dá)到使VD1、VD2和VD3導(dǎo)通的程度，所以各二極管全部截止，對①腳輸出的交流信號沒有影響，交流信號通過Rl加到VT1中。

假設(shè)集成電路Al的①腳輸出的交流信號其正半周幅度在某期間很大，見圖中的信號波形，由于此時交流信號的正半周幅度加上直流電壓已超過二極管VD1、VD2和VD3正向?qū)ǖ碾妷褐?，如果每只二極管的導(dǎo)通電壓是0.7V，那么三只二極管的導(dǎo)通電壓是2.1V。由于三只二極管導(dǎo)通后的管壓降基本不變，即集成電路Al的①腳最大為2.1V，因此交流信號正半周超出部分被去掉(限制)，其超出部分信號其實(shí)降在了集成電路Al的①腳內(nèi)電路中的電阻上(圖中未畫出)。

當(dāng)集成電路Al的①腳直流和交流輸出信號的幅度小于2.1V時，這一電壓又不能使三只二極管導(dǎo)通，這樣三只二極管再度從導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止?fàn)顟B(tài)，對信號沒有限幅作用。

3.電路分析細(xì)節(jié) WG29AE20AA0

對于這一電路的具體分析細(xì)節(jié)，有如下幾點(diǎn)說明。

(1)集成電路Al的④腳輸出的負(fù)半周大幅度信號不會造成VT1過電流，因?yàn)樨?fù)半周信號只會使NPN型三極管的基極電壓下降，基極電流減小，所以無須加入對于負(fù)半周的限幅電路。

(2)上面介紹的是單向限幅電路，這種限幅電路只能對信號的正半周或負(fù)半周大信號部分進(jìn)行限幅，對另一半周信號不限幅。另一種是雙向限幅電路，它能同時對正、負(fù)半周信號進(jìn)行限幅。

(3)引起信號幅度異常增大的原因是多種多樣的，例如偶然的因素(如電源電壓的波動)導(dǎo)致信號幅度在某瞬間增大許多，外界的大幅度干擾脈沖竄入電路也是引起信號某瞬間異常增大的常見原因。

(4)三只二極管VD1、VD2和VD3導(dǎo)通之后，集成電路Al的①腳上的直流和交流電壓之和是2.1V,這一電壓通過電阻Rl加到VT1基極，這也是VT1最高的基極電壓，這時的基極電流也是VT1最大的基極電流。

(5)由于集成電路Al的①腳和②腳外電路一樣，因此其外電路中的限幅保護(hù)電路工作原理一樣，分析電路時只要分析一個電路即可。

(6)根據(jù)串聯(lián)電路特性可知，串聯(lián)電路中的電流處處相等，由此可以知道VD1、VD2和VD3三只串聯(lián)二極管導(dǎo)通時同時導(dǎo)通，否則同時截止，絕不會出現(xiàn)串聯(lián)電路中的某只二極管導(dǎo)通而某幾只二極管截止的現(xiàn)象。

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