絕世干貨：二極管的七種應(yīng)用電路及詳解

許多初學(xué)者對(duì)二極管很“熟悉”，提起二極管的特性可以脫口而出它的單向?qū)щ娞匦裕f(shuō)到它在電路中的應(yīng)用第一反應(yīng)是整流，對(duì)二極管的其他特性和應(yīng)用了解不多，認(rèn)識(shí)上也認(rèn)為掌握了二極管的單向?qū)щ娞匦?，就能分析二極管參與的各種電路，實(shí)際上這樣的想法是錯(cuò)誤的，而且在某種程度上是害了自己，因?yàn)檫@種定向思維影響了對(duì)各種二極管電路工作原理的分析，許多二極管電路無(wú)法用單向?qū)щ娞匦詠?lái)解釋其工作原理。

二極管除單向?qū)щ娞匦酝?，還有許多特性，很多的電路中并不是利用單向?qū)щ娞匦跃湍芊治龆O管所構(gòu)成電路的工作原理，而需要掌握二極管更多的特性才能正確分析這些電路，例如二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電路，二極管構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路等。

一 、二極管簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電路及故障處理

二極管簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電路主要用于一些局部的直流電壓供給電路中，由于電路簡(jiǎn)單，成本低，所以應(yīng)用比較廣泛。

二極管簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電路中主要利用二極管的管壓降基本不變特性。

二極管的管壓降特性：二極管導(dǎo)通后其管壓降基本不變，對(duì)硅二極管而言這一管壓降是0.6V左右，對(duì)鍺二極管而言是0.2V左右。

如圖9-40所示是由普通3只二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電路。電路中的VD1、VD2和VD3是普通二極管，它們串聯(lián)起來(lái)后構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易直流電壓穩(wěn)壓電路。

圖9-40 3只普通二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電路

1．電路分析思路說(shuō)明

分析一個(gè)從沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的電路工作原理是困難的，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)不全面的初學(xué)者而言就更加困難了。

關(guān)于這一電路的分析思路主要說(shuō)明如下。

（1）從電路中可以看出3只二極管串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特性可知，這3只二極管如果導(dǎo)通會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，如果截止會(huì)同時(shí)截止。

（2）根據(jù)二極管是否導(dǎo)通的判斷原則分析，在二極管的正極接有比負(fù)極高得多的電壓，無(wú)論是直流還是交流的電壓，此時(shí)二極管均處于導(dǎo)通狀態(tài)。從電路中可以看出，在VD1正極通過(guò)電阻R1接電路中的直流工作電壓+V，VD3的負(fù)極接地，這樣在3只串聯(lián)二極管上加有足夠大的正向直流電壓。由此分析可知，3只二極管VD1、VD2和VD3是在直流工作電壓+V作用下導(dǎo)通的。

（3）從電路中還可以看出，3只二極管上沒(méi)有加入交流信號(hào)電壓，因?yàn)樵赩D1正極即電路中的A點(diǎn)與地之間接有大容量電容C1，將A點(diǎn)的任何交流電壓旁路到地端。

2．二極管能夠穩(wěn)定直流電壓原理說(shuō)明

電路中，3只二極管在直流工作電壓的正向偏置作用下導(dǎo)通，導(dǎo)通后對(duì)這一電路的作用是穩(wěn)定了電路中A點(diǎn)的直流電壓。

眾所周知，二極管內(nèi)部是一個(gè)PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，PN結(jié)除單向?qū)щ娞匦灾膺€有許多特性，其中之一是二極管導(dǎo)通后其管壓降基本不變，對(duì)于常用的硅二極管而言導(dǎo)通后正極與負(fù)極之間的電壓降為0.6V。

根據(jù)二極管的這一特性，可以很方便地分析由普通二極管構(gòu)成的簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電路工作原理。3只二極管導(dǎo)通之后，每只二極管的管壓降是0.6V，那么3只串聯(lián)之后的直流電壓降是0.6×3=1.8V。

3．故障檢測(cè)方法

檢測(cè)這一電路中的3只二極管最為有效的方法是測(cè)量二極管上的直流電壓，如圖9-41所示是測(cè)量時(shí)接線(xiàn)示意圖。如果測(cè)量直流電壓結(jié)果是1.8V左右，說(shuō)明3只二極管工作正常；如果測(cè)量直流電壓結(jié)果是0V，要測(cè)量直流工作電壓+V是否正常和電阻R1是否開(kāi)路，與3只二極管無(wú)關(guān)，因?yàn)?只二極管同時(shí)擊穿的可能性較小；如果測(cè)量直流電壓結(jié)果大于1.8V，檢查3只二極管中有一只開(kāi)路故障。

圖9-41 測(cè)量二極管上直流電壓接線(xiàn)示意圖

4．電路故障分析

如表9-40所示是這一二極管電路故障分析

5．電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明

關(guān)于上述二極管簡(jiǎn)易直流電壓穩(wěn)壓電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明如下。

（1）在電路分析中，利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢灾蓝O管處于導(dǎo)通狀態(tài)，但是并不能說(shuō)明這幾只二極管導(dǎo)通后對(duì)電路有什么具體作用，所以只利用單向?qū)щ娞匦赃€不能夠正確分析電路工作原理。

（2）二極管眾多的特性中只有導(dǎo)通后管壓降基本不變這一特性能夠最為合理地解釋這一電路的作用，所以依據(jù)這一點(diǎn)可以確定這一電路是為了穩(wěn)定電路中A點(diǎn)的直流工作電壓。

（3）電路中有多只元器件時(shí)，一定要設(shè)法搞清楚實(shí)現(xiàn)電路功能的主要元器件，然后圍繞它進(jìn)行展開(kāi)分析。分析中運(yùn)用該元器件主要特性，進(jìn)行合理解釋。

二、二極管溫度補(bǔ)償電路及故障處理

眾所周知，PN結(jié)導(dǎo)通后有一個(gè)約為0.6V（指硅材料PN結(jié)）的壓降，同時(shí)PN結(jié)還有一個(gè)與溫度相關(guān)的特性：PN結(jié)導(dǎo)通后的壓降基本不變，但不是不變，PN結(jié)兩端的壓降隨溫度升高而略有下降，溫度愈高其下降的量愈多，當(dāng)然PN結(jié)兩端電壓下降量的絕對(duì)值對(duì)于0.6V而言相當(dāng)小，利用這一特性可以構(gòu)成溫度補(bǔ)償電路。如圖9-42所示是利用二極管溫度特性構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路。

圖9-42 二極管溫度補(bǔ)償電路

對(duì)于初學(xué)者來(lái)講，看不懂電路中VT1等元器件構(gòu)成的是一種放大器，這對(duì)分析這一電路工作原理不利。

在電路分析中，熟悉VT1等元器件所構(gòu)成的單元電路功能，對(duì)分析VD1工作原理有著積極意義。了解了單元電路的功能，一切電路分析就可以圍繞它進(jìn)行展開(kāi)，做到有的放矢、事半功倍。

1．需要了解的深層次電路工作原理

分析這一電路工作原理需要了解下列兩個(gè)深層次的電路原理。

（1）VT1等構(gòu)成一種放大器電路，對(duì)于放大器而言要求它的工作穩(wěn)定性好，其中有一條就是溫度高低變化時(shí)三極管的靜態(tài)電流不能改變，即VT1基極電流不能隨溫度變化而改變，否則就是工作穩(wěn)定性不好。了解放大器的這一溫度特性，對(duì)理解VD1構(gòu)成的溫度補(bǔ)償電路工作原理非常重要。

（2）三極管VT1有一個(gè)與溫度相關(guān)的不良特性，即溫度升高時(shí)，三極管VT1基極電流會(huì)增大，溫度愈高基極電流愈大，反之則小，顯然三極管VT1的溫度穩(wěn)定性能不好。由此可知，放大器的溫度穩(wěn)定性能不良是由于三極管溫度特性造成的。

2．三極管偏置電路分析

電路中，三極管VT1工作在放大狀態(tài)時(shí)要給它一定的直流偏置電壓，這由偏置電路來(lái)完成。電路中的R1、VD1和R2構(gòu)成分壓式偏置電路，為三極管VT1基極提供直流工作電壓，基極電壓的大小決定了VT1基極電流的大小。如果不考慮溫度的影響，而且直流工作電壓+V的大小不變，那么VT1基極直流電壓是穩(wěn)定的，則三極管VT1的基極直流電流是不變的，三極管可以穩(wěn)定工作。

在分析二極管VD1工作原理時(shí)還要搞清楚一點(diǎn)：VT1是NPN型三極管，其基極直流電壓高，則基極電流大；反之則小。

3．二極管VD1溫度補(bǔ)償電路分析

根據(jù)二極管VD1在電路中的位置，對(duì)它的工作原理分析思路主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）VD1的正極通過(guò)R1與直流工作電壓+V相連，而它的負(fù)極通過(guò)R2與地線(xiàn)相連，這樣VD1在直流工作電壓+V的作用下處于導(dǎo)通狀態(tài)。理解二極管導(dǎo)通的要點(diǎn)是：正極上電壓高于負(fù)極上電壓。

（2）利用二極管導(dǎo)通后有一個(gè)0.6V管壓降來(lái)解釋電路中VD1的作用是行不通的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)調(diào)整R1和R2的阻值大小可以達(dá)到VT1基極所需要的直流工作電壓，根本沒(méi)有必要通過(guò)串入二極管VD1來(lái)調(diào)整VT1基極電壓大小。

（3）利用二極管的管壓降溫度特性可以正確解釋VD1在電路中的作用。假設(shè)溫度升高，根據(jù)三極管特性可知，VT1的基極電流會(huì)增大一些。當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管VD1的管壓降會(huì)下降一些，VD1管壓降的下降導(dǎo)致VT1基極電壓下降一些，結(jié)果使VT1基極電流下降。由上述分析可知，加入二極管VD1后，原來(lái)溫度升高使VT1基極電流增大的，現(xiàn)在通過(guò)VD1電路可以使VT1基極電流減小一些，這樣起到穩(wěn)定三極管VT1基極電流的作用，所以VD1可以起溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?br>

（4）三極管的溫度穩(wěn)定性能不良還表現(xiàn)為溫度下降的過(guò)程中。在溫度降低時(shí)，三極管VT1基極電流要減小，這也是溫度穩(wěn)定性能不好的表現(xiàn)。接入二極管VD1后，溫度下降時(shí)，它的管壓降稍有升高，使VT1基極直流工作電壓升高，結(jié)果VT1基極電流增大，這樣也能補(bǔ)償三極管VT1溫度下降時(shí)的不穩(wěn)定。

4．電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明

電路分析的細(xì)節(jié)說(shuō)明如下。

（1）在電路分析中，若能運(yùn)用元器件的某一特性去合理地解釋它在電路中的作用，說(shuō)明電路分析很可能是正確的。例如，在上述電路分析中，只能用二極管的溫度特性才能合理解釋電路中VD1的作用。

（2）溫度補(bǔ)償電路的溫度補(bǔ)償是雙向的，即能夠補(bǔ)償由于溫度升高或降低而引起的電路工作的不穩(wěn)定性。

（3）分析溫度補(bǔ)償電路工作原理時(shí)，要假設(shè)溫度的升高或降低變化，然后分析電路中的反應(yīng)過(guò)程，得到正確的電路反饋結(jié)果。在實(shí)際電路分析中，可以只設(shè)溫度升高進(jìn)行電路補(bǔ)償?shù)姆治觯槐卦俜治鰷囟冉档蜁r(shí)電路補(bǔ)償?shù)那闆r，因?yàn)闇囟冉档偷碾娐贩治鏊悸贰⑦^(guò)程是相似的，只是電路分析的每一步變化相反。

（4）在上述電路分析中，VT1基極與發(fā)射極之間PN結(jié)（發(fā)射結(jié)）的溫度特性與VD1溫度特性相似，因?yàn)樗鼈兌际荘N結(jié)的結(jié)構(gòu)，所以溫度補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果比較好。

（5）在上述電路中的二極管VD1，對(duì)直流工作電壓+V的大小波動(dòng)無(wú)穩(wěn)定作用，所以不能補(bǔ)償由直流工作電壓+V大小波動(dòng)造成的VT1管基極直流工作電流的不穩(wěn)定性。

5．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

這一電路中的二極管VD1故障檢測(cè)方法比較簡(jiǎn)單，可以用萬(wàn)用表歐姆檔在路測(cè)量VD1正向和反向電阻大小的方法。

當(dāng)VD1出現(xiàn)開(kāi)路故障時(shí)，三極管VT1基極直流偏置電壓升高許多，導(dǎo)致VT1管進(jìn)入飽和狀態(tài)，VT1可能會(huì)發(fā)燒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒壞VT1。如果VD1出現(xiàn)擊穿故障，會(huì)導(dǎo)致VT1管基極直流偏置電壓下降0.6V，三極管VT1直流工作電流減小，VT1管放大能力減小或進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。

三、極管控制電路及故障處理

二極管導(dǎo)通之后，它的正向電阻大小隨電流大小變化而有微小改變，正向電流愈大，正向電阻愈??；反之則大。

利用二極管正向電流與正向電阻之間的特性，可以構(gòu)成一些自動(dòng)控制電路。如圖9-43所示是一種由二極管構(gòu)成的自動(dòng)控制電路，又稱(chēng)ALC電路（自動(dòng)電平控制電路），它在磁性錄音設(shè)備中（如卡座）的錄音電路中經(jīng)常應(yīng)用。

圖9-43 二極管構(gòu)成的自動(dòng)控制電路

1．電路分析準(zhǔn)備知識(shí)說(shuō)明

二極管的單向?qū)щ娞匦灾皇钦f(shuō)明了正向電阻小、反向電阻大，沒(méi)有說(shuō)明二極管導(dǎo)通后還有哪些具體的特性。

二極管正向?qū)ㄖ螅恼螂娮璐笮∵€與流過(guò)二極管的正向電流大小相關(guān)。盡管二極管正向?qū)ê蟮恼螂娮璞容^?。ㄏ鄬?duì)反向電阻而言），但是如果增加正向電流，二極管導(dǎo)通后的正向電阻還會(huì)進(jìn)一步下降，即正向電流愈大，正向電阻愈小，反之則大。

不熟悉電路功能對(duì)電路工作原理很不利，在了解電路功能的背景下能有的放矢地分析電路工作原理或電路中某元器件的作用。

ALC電路在錄音機(jī)、卡座的錄音卡中，錄音時(shí)要對(duì)錄音信號(hào)的大小幅度進(jìn)行控制，了解下列幾點(diǎn)具體的控制要求有助于分析二極管VD1自動(dòng)控制電路。

（1）在錄音信號(hào)幅度較小時(shí)，不控制錄音信號(hào)的幅度。
（2）當(dāng)錄音信號(hào)的幅度大到一定程度后，開(kāi)始對(duì)錄音信號(hào)幅度進(jìn)行控制，即對(duì)信號(hào)幅度進(jìn)行衰減，對(duì)錄音信號(hào)幅度控制的電路就是ALC電路。
（3）ALC電路進(jìn)入控制狀態(tài)后，要求錄音信號(hào)愈大，對(duì)信號(hào)的衰減量愈大。

通過(guò)上述說(shuō)明可知，電路分析中要求自己有比較全面的知識(shí)面，這需要在不斷的學(xué)習(xí)中日積月累。

2．電路工作原理分析思路說(shuō)明

關(guān)于這一電路工作原理的分析思路主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）如果沒(méi)有VD1這一支路，從第一級(jí)錄音放大器輸出的錄音信號(hào)全部加到第二級(jí)錄音放大器中。但是，有了VD1這一支路之后，從第一級(jí)錄音放大器輸出的錄音信號(hào)有可能會(huì)經(jīng)過(guò)C1和導(dǎo)通的VD1流到地端，形成對(duì)錄音信號(hào)的分流衰減。

（2）電路分析的第二個(gè)關(guān)鍵是VD1這一支路對(duì)第一級(jí)錄音放大器輸出信號(hào)的對(duì)地分流衰減的具體情況。顯然，支路中的電容C1是一只容量較大的電容（C1電路符號(hào)中標(biāo)出極性，說(shuō)明C1是電解電容，而電解電容的容量較大），所以C1對(duì)錄音信號(hào)呈通路，說(shuō)明這一支路中VD1是對(duì)錄音信號(hào)進(jìn)行分流衰減的關(guān)鍵元器件。

（3）從分流支路電路分析中要明白一點(diǎn)：從第一級(jí)錄音放大器輸出的信號(hào)，如果從VD1支路分流得多，那么流入第二級(jí)錄音放大器的錄音信號(hào)就小，反之則大。

（4）VD1存在導(dǎo)通與截止兩種情況，在VD1截止時(shí)對(duì)錄音信號(hào)無(wú)分流作用，在導(dǎo)通時(shí)則對(duì)錄音信號(hào)進(jìn)行分流。

（5）在VD1正極上接有電阻R1，它給VD1一個(gè)控制電壓，顯然這個(gè)電壓控制著VD1導(dǎo)通或截止。所以，R1送來(lái)的電壓是分析VD1導(dǎo)通、截止的關(guān)鍵所在。

分析這個(gè)電路最大的困難是在VD1導(dǎo)通后，利用了二極管導(dǎo)通后其正向電阻與導(dǎo)通電流之間的關(guān)系特性進(jìn)行電路分析，即二極管的正向電流愈大，其正向電阻愈小，流過(guò)VD1的電流愈大，其正極與負(fù)極之間的電阻愈小，反之則大。

3．控制電路的一般分析方法說(shuō)明

對(duì)于控制電路的分析通常要分成多種情況，例如將控制信號(hào)分成大、中、小等幾種情況。就這一電路而言，控制電壓Ui對(duì)二極管VD1的控制要分成下列幾種情況。

（1）電路中沒(méi)有錄音信號(hào)時(shí)，直流控制電壓Ui為0，二極管VD1截止，VD1對(duì)電路工作無(wú)影響，第一級(jí)錄音放大器輸出的信號(hào)可以全部加到第二級(jí)錄音放大器中。

（2）當(dāng)電路中的錄音信號(hào)較小時(shí)，直流控制電壓Ui較小，沒(méi)有大于二極管VD1的導(dǎo)通電壓，所以不足以使二極管VD1導(dǎo)通，此時(shí)二極管VD1對(duì)第一級(jí)錄音放大器輸出的信號(hào)也沒(méi)有分流作用。

（3）當(dāng)電路中的錄音信號(hào)比較大時(shí)，直流控制電壓Ui較大，使二極管VD1導(dǎo)通，錄音信號(hào)愈大，直流控制電壓Ui愈大，VD1導(dǎo)通程度愈深，VD1的內(nèi)阻愈小。

（4）VD1導(dǎo)通后，VD1的內(nèi)阻下降，第一級(jí)錄音放大器輸出的錄音信號(hào)中的一部分通過(guò)電容C1和導(dǎo)通的二極管VD1被分流到地端，VD1導(dǎo)通愈深，它的內(nèi)阻愈小，對(duì)第一級(jí)錄音放大器輸出信號(hào)的對(duì)地分流量愈大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電平控制。

（5）二極管VD1的導(dǎo)通程度受直流控制電壓Ui控制，而直流控制電壓Ui隨著電路中錄音信號(hào)大小的變化而變化，所以二極管VD1的內(nèi)阻變化實(shí)際上受錄音信號(hào)大小控制。

4．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

對(duì)于這一電路中的二極管故障檢測(cè)最好的方法是進(jìn)行代替檢查，因?yàn)槎O管如果性能不好也會(huì)影響到電路的控制效果。

當(dāng)二極管VD1開(kāi)路時(shí)，不存在控制作用，這時(shí)大信號(hào)錄音時(shí)會(huì)出現(xiàn)聲音一會(huì)兒大一會(huì)兒小的起伏狀失真，在錄音信號(hào)很小時(shí)錄音能夠正常。

當(dāng)二極管VD1擊穿時(shí)，也不存在控制作用，這時(shí)錄音聲音很小，因?yàn)殇浺粜盘?hào)被擊穿的二極管VD1分流到地了。

四、極管限幅電路及故障處理

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。所謂限幅電路就是限制電路中某一點(diǎn)的信號(hào)幅度大小，讓信號(hào)幅度大到一定程度時(shí)，不讓信號(hào)的幅度再增大，當(dāng)信號(hào)的幅度沒(méi)有達(dá)到限制的幅度時(shí)，限幅電路不工作，具有這種功能的電路稱(chēng)為限幅電路，利用二極管來(lái)完成這一功能的電路稱(chēng)為二極管限幅電路。

如圖9-44所示是二極管限幅電路。在電路中，A1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），R1和R2是電阻器，VD1～VD6是二極。

圖9-44 二極管限幅電路

1．電路分析思路說(shuō)明

對(duì)電路中VD1和VD2作用分析的思路主要說(shuō)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電路工作原理即可。

（2）集成電路A1的①腳通過(guò)電阻R1與三極管VT1基極相連，顯然R1是信號(hào)傳輸電阻，將①腳上輸出信號(hào)通過(guò)R1加到VT1基極，由于在集成電路A1的①腳與三極管VT1基極之間沒(méi)有隔直電容，根據(jù)這一電路結(jié)構(gòu)可以判斷：集成電路A1的①腳是輸出信號(hào)引腳，而且輸出直流和交流的復(fù)合信號(hào)。確定集成電路A1的①腳是信號(hào)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）集成電路的①腳輸出的直流電壓顯然不是很高，沒(méi)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A1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(huì)將集成電路A1的①腳輸出的交流信號(hào)分流到地，對(duì)信號(hào)造成衰減，顯然這一電路中不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行這樣的衰減，所以從這個(gè)角度分析得到的結(jié)論是：集成電路A1的①腳輸出的直流電壓不會(huì)高到讓VD1、VD2和VD3導(dǎo)通的程度。

（4）從集成電路A1的①腳輸出的是直流和交流疊加信號(hào)，通過(guò)電阻R1與三極管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(hào)幅度出現(xiàn)很大的現(xiàn)象，會(huì)使VT1的基極電壓很大而有燒壞VT1的危險(xiǎn)。加到VT1基極的交流信號(hào)負(fù)半周信號(hào)幅度很大時(shí)，對(duì)VT1沒(méi)有燒壞的影響，因?yàn)閂T1基極上負(fù)極性信號(hào)使VT1基極電流減小。

（5）通過(guò)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，防止集成電路A1的①腳輸出的交流信號(hào)正半周幅度太大而燒壞VT1。

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

2．二極管限幅電路

分析各種限幅電路工作是有方法的，將信號(hào)的幅度分兩種情況：

（1）信號(hào)幅度比較小時(shí)的電路工作狀態(tài)，即信號(hào)幅度沒(méi)有大到讓限幅電路動(dòng)作的程度，這時(shí)限幅電路不工作。

（2）信號(hào)幅度比較大時(shí)的電路工作狀態(tài)，即信號(hào)幅度大到讓限幅度電路動(dòng)作的程度，這時(shí)限幅電路工作，將信號(hào)幅度進(jìn)行限制。

用畫(huà)出信號(hào)波形的方法分析電路工作原理有時(shí)相當(dāng)管用，用于分析限幅電路尤其有效，如圖9-45所示是電路中集成電路A1的①腳上信號(hào)波形示意圖。

圖9-45 集成電路A1的①腳上信號(hào)波形示意圖

圖中，U1是集成電路A1的①腳輸出信號(hào)中的直流電壓，①腳輸出信號(hào)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(hào)波形來(lái)分析這個(gè)二極管限幅電路，當(dāng)集成電路A1的①腳輸出信號(hào)中的交流電壓比較小時(shí)，交流信號(hào)的正半周加上直流輸出電壓U1也沒(méi)有達(dá)到VD1、VD2和VD3導(dǎo)通的程度，所以各二極管全部截止，對(duì)①腳輸出的交流信號(hào)沒(méi)有影響，交流信號(hào)通過(guò)R1加到VT1中。

假設(shè)集成電路A1的①腳輸出的交流信號(hào)其正半周幅度在某期間很大，見(jiàn)圖8-12中的信號(hào)波形，由于此時(shí)交流信號(hào)的正半周幅度加上直流電壓已超過(guò)二極管VD1、VD2和VD3正向?qū)ǖ碾妷褐担绻恐欢O管的導(dǎo)通電壓是0.7V，那么3只二極管的導(dǎo)通電壓是2.1V。由于3只二極管導(dǎo)通后的管壓降基本不變，即集  成電路A1的①腳最大為2.1V，所以交流信號(hào)正半周超出部分被去掉（限制），其超出部分信號(hào)其實(shí)降在了集成電路A1的①腳內(nèi)電路中的電阻上（圖中未畫(huà)出）。

當(dāng)集成電路A1的①腳直流和交流輸出信號(hào)的幅度小于2.1V時(shí)，這一電壓又不能使3只二極管導(dǎo)通，這樣3只二極管再度從導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)信號(hào)沒(méi)有限幅作用。

3．電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明

對(duì)于這一電路的具體分析細(xì)節(jié)說(shuō)明如下。

（1）集成電路A1的①腳輸出的負(fù)半周大幅度信號(hào)不會(huì)造成VT1過(guò)電流，因?yàn)樨?fù)半周信號(hào)只會(huì)使NPN型三極管的基極電壓下降，基極電流減小，所以無(wú)須加入對(duì)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(duì)信號(hào)的正半周或負(fù)半周大信號(hào)部分進(jìn)行限幅，對(duì)另一半周信號(hào)不限幅。另一種是雙向限幅電路，它能同時(shí)對(duì)正、負(fù)半周信號(hào)進(jìn)行限幅。

（3）引起信號(hào)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(dòng)）導(dǎo)致信號(hào)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(hào)某瞬間異常增大的常見(jiàn)原因。

（4）3只二極管VD1、VD2和VD3導(dǎo)通之后，集成電路A1的①腳上的直流和交流電壓之和是2.1V，這一電壓通過(guò)電阻R1加到VT1基極，這也是VT1最高的基極電壓，這時(shí)的基極電流也是VT1最大的基極電流。

（5）由于集成電路A1的①腳和②腳外電路一樣，所以其外電路中的限幅保護(hù)電路工作原理一樣，分析電路時(shí)只要分析一個(gè)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，這樣可以知道VD1、VD2和VD3三只串聯(lián)二極管導(dǎo)通時(shí)同時(shí)導(dǎo)通，否則同時(shí)截止，絕不會(huì)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。

4．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

對(duì)這一電路中的二極管故障檢測(cè)主要采用萬(wàn)用表歐姆檔在路測(cè)量其正向和反向電阻大小，因?yàn)檫@一電路中的二極管不工作在直流電路中，所以采用測(cè)量二極管兩端直流電壓降的方法不合適。

這一電路中二極管出現(xiàn)故障的可能性較小，因?yàn)樗鼈児ぷ髟谛⌒盘?hào)狀態(tài)下。如果電路中有一只二極管出現(xiàn)開(kāi)路故障時(shí)，電路就沒(méi)有限幅作用，將會(huì)影響后級(jí)電路的正常工作。

五、極管開(kāi)關(guān)電路及故障處理

開(kāi)關(guān)電路是一種常用的功能電路，例如家庭中的照明電路中的開(kāi)關(guān)，各種民用電器中的電源開(kāi)關(guān)等。

在開(kāi)關(guān)電路中有兩大類(lèi)的開(kāi)關(guān)：

（1）機(jī)械式的開(kāi)關(guān)，采用機(jī)械式的開(kāi)關(guān)件作為開(kāi)關(guān)電路中的元器件。
（2）電子開(kāi)關(guān)，所謂的電子開(kāi)關(guān)，不用機(jī)械式的開(kāi)關(guān)件，而是采用二極管、三極管這類(lèi)器件構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路。

1．開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)關(guān)特性說(shuō)明

開(kāi)關(guān)二極管同普通的二極管一樣，也是一個(gè)PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，不同之處是要求這種二極管的開(kāi)關(guān)特性要好。

當(dāng)給開(kāi)關(guān)二極管加上正向電壓時(shí)，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的通態(tài)；當(dāng)給開(kāi)關(guān)二極管加上反向電壓時(shí)，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷態(tài)。二極管的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)完成開(kāi)與關(guān)功能。

開(kāi)關(guān)二極管就是利用這種特性，且通過(guò)制造工藝，開(kāi)關(guān)特性更好，即開(kāi)關(guān)速度更快，PN結(jié)的結(jié)電容更小，導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻更小，截止時(shí)的電阻很大。

如表9-41所示是開(kāi)關(guān)時(shí)間概念說(shuō)明。

表6.19 開(kāi)關(guān)時(shí)間概念說(shuō)明

2．典型二極管開(kāi)關(guān)電路工作原理

二極管構(gòu)成的電子開(kāi)關(guān)電路形式多種多樣，如圖9-46所示是一種常見(jiàn)的二極管開(kāi)關(guān)電路。

圖9-46 二極管開(kāi)關(guān)電路

通過(guò)觀(guān)察這一電路，可以熟悉下列幾個(gè)方面的問(wèn)題，以利于對(duì)電路工作原理的分析：

（1）了解這個(gè)單元電路功能是第一步。從圖8-14所示電路中可以看出，電感L1和電容C1并聯(lián)，這顯然是一個(gè)LC并聯(lián)諧振電路，是這個(gè)單元電路的基本功能，明確這一點(diǎn)后可以知道，電路中的其他元器件應(yīng)該是圍繞這個(gè)基本功能的輔助元器件，是對(duì)電路基本功能的擴(kuò)展或補(bǔ)充等，以此思路可以方便地分析電路中的元器件作用。

（2）C2和VD1構(gòu)成串聯(lián)電路，然后再與C1并聯(lián)，從這種電路結(jié)構(gòu)可以得出一個(gè)判斷結(jié)果：C2和VD1這個(gè)支路的作用是通過(guò)該支路來(lái)改變與電容C1并聯(lián)后的總?cè)萘看笮?，這樣判斷的理由是：C2和VD1支路與C1上并聯(lián)后總電容量改變了，與L1構(gòu)成的LC并聯(lián)諧振電路其振蕩頻率改變了。所以，這是一個(gè)改變LC并聯(lián)諧振電路頻率的電路。

關(guān)于二極管電子開(kāi)關(guān)電路分析思路說(shuō)明如下幾點(diǎn)：

（1）電路中，C2和VD1串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特性可知，C2和VD1要么同時(shí)接入電路，要么同時(shí)斷開(kāi)。如果只是需要C2并聯(lián)在C1上，可以直接將C2并聯(lián)在C1上，可是串入二極管VD1，說(shuō)明VD1控制著C2的接入與斷開(kāi)。

（2）根據(jù)二極管的導(dǎo)通與截止特性可知，當(dāng)需要C2接入電路時(shí)讓VD1導(dǎo)通，當(dāng)不需要C2接入電路時(shí)讓VD1截止，二極管的這種工作方式稱(chēng)為開(kāi)關(guān)方式，這樣的電路稱(chēng)為二極管開(kāi)關(guān)電路。

（3）二極管的導(dǎo)通與截止要有電壓控制，電路中VD1正極通過(guò)電阻R1、開(kāi)關(guān)S1與直流電壓+V端相連，這一電壓就是二極管的控制電壓。

（4）電路中的開(kāi)關(guān)S1用來(lái)控制工作電壓+V是否接入電路。根據(jù)S1開(kāi)關(guān)電路更容易確認(rèn)二極管VD1工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，因?yàn)镾1的開(kāi)、關(guān)控制了二極管的導(dǎo)通與截止。

如表9-42所示是二極管電子開(kāi)關(guān)電路工作原理說(shuō)明

在上述兩種狀態(tài)下，由于LC并聯(lián)諧振電路中的電容不同，一種情況只有C1，另一種情況是C1與C2并聯(lián)，在電容量不同的情況下LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率不同。所以，VD1在電路中的真正作用是控制LC并聯(lián)諧振電路的諧振頻率。

關(guān)于二極管電子開(kāi)關(guān)電路分析細(xì)節(jié)說(shuō)明下列二點(diǎn)：

（1）當(dāng)電路中有開(kāi)關(guān)件時(shí)，電路的分析就以該開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)兩種情況為例，分別進(jìn)行電路工作狀態(tài)的分析。所以，電路中出現(xiàn)開(kāi)關(guān)件時(shí)能為電路分析提供思路。

（2）LC并聯(lián)諧振電路中的信號(hào)通過(guò)C2加到VD1正極上，但是由于諧振電路中的信號(hào)幅度比較小，所以加到VD1正極上的正半周信號(hào)幅度很小，不會(huì)使VD1導(dǎo)通。

3．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

如圖9-47所示是檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線(xiàn)示意圖，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)測(cè)量二極管VD1兩端直流電壓降，應(yīng)該為0.6V，如果遠(yuǎn)小于這個(gè)電壓值說(shuō)明VD1短路，如果遠(yuǎn)大小于這個(gè)電壓值說(shuō)明VD1開(kāi)路。另外，如果沒(méi)有明顯發(fā)現(xiàn)VD1出現(xiàn)短路或開(kāi)路故障時(shí)，可以用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)量它的正向電阻，要很小，否則正向電阻大也不好。

圖9-47 檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線(xiàn)示意圖

如果這一電路中開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)路或短路，都不能進(jìn)行振蕩頻率的調(diào)整。開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)路時(shí)，電容C2不能接入電路，此時(shí)振蕩頻率升高；開(kāi)關(guān)二極管短路時(shí)，電容C2始終接入電路，此時(shí)振蕩頻率降低。

4．同類(lèi)電路工作原理分析

如圖所示，電路中的VD1為開(kāi)關(guān)二極管，控制電壓通過(guò)R1加到VD1正極，控制電壓是一個(gè)矩形脈沖電壓，波形見(jiàn)圖中所示。當(dāng)控制電壓為0V時(shí)，VD1不能導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)路，這時(shí)對(duì)L1和C1、L2和C2電路沒(méi)有影響；當(dāng)控制電壓為高電平時(shí)，控制電壓使開(kāi)關(guān)二極管VD1導(dǎo)通，VD1相當(dāng)于通路，電路中A點(diǎn)的交流信號(hào)通過(guò)導(dǎo)通的VD1和電容C3接地，等于將電路中的A點(diǎn)交流接地，使L2和C2電路不起作用。從上述分析可知，電路中的二極管VD1相當(dāng)于一只開(kāi)關(guān)，控制電路中的A點(diǎn)交流信號(hào)是否接地。

六、二極管檢波電路及故障處理

如圖9-48所示是二極管檢波電路。電路中的VD1是檢波二極管，C1是高頻濾波電容，R1是檢波電路的負(fù)載電阻，C2是耦合電容。

圖9-48 二極管檢波電路

1．電路分析準(zhǔn)備知識(shí)

眾所周知，收音機(jī)有調(diào)幅收音機(jī)和調(diào)頻收音機(jī)兩種，調(diào)幅信號(hào)就是調(diào)幅收音機(jī)中處理和放大的信號(hào)。見(jiàn)圖中的調(diào)幅信號(hào)波形示意圖，對(duì)這一信號(hào)波形主要說(shuō)明下列幾點(diǎn)：

（1）從調(diào)幅收音機(jī)天線(xiàn)下來(lái)的就是調(diào)幅信號(hào)。
（2）信號(hào)的中間部分是頻率很高的載波信號(hào)，它的上下端是調(diào)幅信號(hào)的包絡(luò)，其包絡(luò)就是所需要的音頻信號(hào)。
（3）上包絡(luò)信號(hào)和下包絡(luò)信號(hào)對(duì)稱(chēng)，但是信號(hào)相位相反，收音機(jī)最終只要其中的上包絡(luò)信號(hào)，下包絡(luò)信號(hào)不用，中間的高頻載波信號(hào)也不需要。

2．電路中各元器件作用說(shuō)明

如表9-43所示是元器件作用解說(shuō)。

3．檢波電路工作原理分析

檢波電路主要由檢波二極管VD1構(gòu)成。

在檢波電路中，調(diào)幅信號(hào)加到檢波二極管的正極，這時(shí)的檢波二極管工作原理與整流電路中的整流二極管工作原理基本一樣，利用信號(hào)的幅度使檢波二極管導(dǎo)通，如圖9-49所示是調(diào)幅波形展開(kāi)后的示意圖。

圖9-49 調(diào)幅波形時(shí)間軸展開(kāi)示意圖

從展開(kāi)后的調(diào)幅信號(hào)波形中可以看出，它是一個(gè)交流信號(hào)，只是信號(hào)的幅度在變化。這一信號(hào)加到檢波二極管正極，正半周信號(hào)使二極管導(dǎo)通，負(fù)半周信號(hào)使二極管截止，這樣相當(dāng)于整流電路工作一樣，在檢波二極管負(fù)載電阻R1上得到正半周信號(hào)的包絡(luò)，即信號(hào)的虛線(xiàn)部分，見(jiàn)圖中檢波電路輸出信號(hào)波形（不加高頻濾波電容時(shí)的輸出信號(hào)波形）。

檢波電路輸出信號(hào)由音頻信號(hào)、直流成分和高頻載波信號(hào)三種信號(hào)成分組成，詳細(xì)的電路分析需要根據(jù)三種信號(hào)情況進(jìn)行展開(kāi)。這三種信號(hào)中，最重要的是音頻信號(hào)處理電路的分析和工作原理的理解。

（1）所需要的音頻信號(hào)，它是輸出信號(hào)的包絡(luò)，如圖9-50所示，這一音頻信號(hào)通過(guò)檢波電路輸出端電容C2耦合，送到后級(jí)電路中進(jìn)一步處理。

圖9-50 檢波電路輸出端信號(hào)波形示意圖

（2）檢波電路輸出信號(hào)的平均值是直流成分，它的大小表示了檢波電路輸出信號(hào)的平均幅值大小，檢波電路輸出信號(hào)幅度大，其平均值大，這一直流電壓值就大，反之則小。這一直流成分在收音機(jī)電路中用來(lái)控制一種稱(chēng)為中頻放大器的放大倍數(shù)（也可以稱(chēng)為增益），稱(chēng)為AGC（自動(dòng)增益控制）電壓。AGC電壓被檢波電路輸出端耦合電容隔離，不能與音頻信號(hào)一起加到后級(jí)放大器電路中，而是專(zhuān)門(mén)加到AGC電路中。

（3）檢波電路輸出信號(hào)中還有高頻載波信號(hào)，這一信號(hào)無(wú)用，通過(guò)接在檢波電路輸出端的高頻濾波電容C1，被濾波到地端。

一般檢波電路中不給檢波二極管加入直流電壓，但在一些小信號(hào)檢波電路中，由于調(diào)幅信號(hào)的幅度比較小，不足以使檢波二極管導(dǎo)通，所以給檢波二極管加入較小的正向直流偏置電壓，如圖所示，使檢波二極管處于微導(dǎo)通狀態(tài)。

從檢波電路中可以看出，高頻濾波電容C1接在檢波電路輸出端與地線(xiàn)之間，由于檢波電路輸出端的三種信號(hào)其頻率不同，加上高頻濾波電容C1的容量取得很小，這樣C1對(duì)三種信號(hào)的處理過(guò)程不同。

（1）對(duì)于直流電壓而言，電容的隔直特性使C1開(kāi)路，所以檢波電路輸出端的直流電壓不能被C1旁路到地線(xiàn)。

（2）對(duì)于音頻信號(hào)而言，由于高頻濾波電容C1的容量很小，它對(duì)音頻信號(hào)的容抗很大，相當(dāng)于開(kāi)路，所以音頻信號(hào)也不能被C1旁路到地線(xiàn)。

（3）對(duì)于高頻載波信號(hào)而言，其頻率很高，C1對(duì)它的容抗很小而呈通路狀態(tài)，這樣惟有檢波電路輸出端的高頻載波信號(hào)被C1旁路到地線(xiàn)，起到高頻濾波的作用。

如圖9-51所示是檢波二極管導(dǎo)通后的三種信號(hào)電流回路示意圖。負(fù)載電阻構(gòu)成直流電流回路，耦合電容取出音頻信號(hào)。

圖9-51 檢波二極管導(dǎo)通后三種信號(hào)電流回路示意圖

4．故障檢測(cè)方法及電路故障分析

對(duì)于檢波二極管不能用測(cè)量直流電壓的方法來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，因這這種二極管不工作在直流電壓中，所以要采用測(cè)量正向和反向電阻的方法來(lái)判斷檢波二極管質(zhì)量。

當(dāng)檢波二極管開(kāi)路和短路時(shí)，都不能完成檢波任務(wù)，所以收音電路均會(huì)出現(xiàn)收音無(wú)聲故障。

5．實(shí)用倍壓檢波電路工作原理分析

如圖9-52所示是實(shí)用倍壓檢波電路，電路中的C2和VD1、VD2構(gòu)成二倍壓檢波電路，在收音機(jī)電路中用來(lái)將調(diào)幅信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻信號(hào)。電路中的C3是檢波后的濾波電容。通過(guò)這一倍壓檢波電路得到的音頻信號(hào)，經(jīng)耦合電容C5加到音頻放大管中。

圖9-52 實(shí)用倍壓檢波電路

七、電器驅(qū)動(dòng)電路中二極管保護(hù)電路及故障處理

繼電器內(nèi)部具有線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)，所以它在斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓很大的反向電動(dòng)勢(shì)，會(huì)擊穿繼電器的驅(qū)動(dòng)三極管，為此要在繼電器驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置二極管保護(hù)電路，以保護(hù)繼電器驅(qū)動(dòng)管。

如圖9-53所示是繼電器驅(qū)動(dòng)電路中的二極管保護(hù)電路，電路中的J1是繼電器，VD1是驅(qū)動(dòng)管VT1的保護(hù)二極管，R1和C1構(gòu)成繼電器內(nèi)部開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的消火花電路。

圖9-53 二極管保護(hù)電路

圖9-54 等效電路

1．電路工作原理分析

繼電器內(nèi)部有一組線(xiàn)圈，如圖9-54所示是等效電路，在繼電器斷電前，流過(guò)繼電器線(xiàn)圈L1的電流方向?yàn)閺纳隙?，在斷電后線(xiàn)圈產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)阻礙這一電流變化，即產(chǎn)生一個(gè)從上而下流過(guò)的電流，見(jiàn)圖中虛線(xiàn)所示。根據(jù)前面介紹的線(xiàn)圈兩端反向電動(dòng)勢(shì)判別方法可知，反向電動(dòng)勢(shì)在線(xiàn)圈L1上的極性為下正上負(fù)，見(jiàn)圖中所示。如表9-44所示是這一電路中保護(hù)二極管工作原理說(shuō)明。

2．故障檢測(cè)方法和電路故障分析

對(duì)于這一電路中的保護(hù)二極管不能采用測(cè)量二極管兩端直流電壓降的方法來(lái)判斷檢測(cè)故障，也不能采用在路測(cè)量二極管正向和反向電阻的方法，因?yàn)檫@一二極管兩端并聯(lián)著繼電器線(xiàn)圈，這一線(xiàn)圈的直流電阻很小，所以無(wú)法通過(guò)測(cè)量電壓降的方法來(lái)判斷二極管質(zhì)量。應(yīng)該采用代替檢查的方法。

當(dāng)保護(hù)二極管開(kāi)路時(shí)，對(duì)繼電器電路工作狀態(tài)沒(méi)有大的影響，但是沒(méi)有了保護(hù)作用而很有可能會(huì)擊穿驅(qū)動(dòng)管；當(dāng)保護(hù)二極管短路時(shí)，相當(dāng)于將繼電器線(xiàn)圈短接，這時(shí)繼電器線(xiàn)圈中沒(méi)有電流流過(guò)，繼電器不能動(dòng)作。

-END-

開(kāi)關(guān)電源里的特殊元件，它們的類(lèi)型和用途你都知道嗎？傅里葉是“玄學(xué)”嗎？那是你還沒(méi)讀過(guò)此文....工程師離不開(kāi)的那些電路設(shè)計(jì)工具，你用過(guò)幾個(gè)？

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