干货来了 | 带你彻底搞懂二极管

2019-07-17 11:22:32 来源:电子工程世界
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3.控制电路的一般分析方法说明

对于控制电路的分析通常要分成多种情况,例如将控制信号分成大、中、小等几种情况。就这一电路而言,控制电压Ui对二极管VD1的控制要分成下列几种情况。

 

1)电路中没有录音信号时,直流控制电压Ui为0,二极管VD1截止,VD1对电路工作无影响,第一级录音放大器输出的信号可以全部加到第二级录音放大器中。

 

2)当电路中的录音信号较小时,直流控制电压Ui较小,没有大于二极管VD1的导通电压,所以不足以使二极管VD1导通,此时二极管VD1对第一级录音放大器输出的信号也没有分流作用。

 

3)当电路中的录音信号比较大时,直流控制电压Ui较大,使二极管VD1导通,录音信号愈大,直流控制电压Ui愈大,VD1导通程度愈深,VD1的内阻愈小。

 

4)VD1导通后,VD1的内阻下降,第一级录音放大器输出的录音信号中的一部分通过电容C1和导通的二极管VD1被分流到地端,VD1导通愈深,它的内阻愈小,对第一级录音放大器输出信号的对地分流量愈大,实现自动电平控制。

 

5)二极管VD1的导通程度受直流控制电压Ui控制,而直流控制电压Ui随着电路中录音信号大小的变化而变化,所以二极管VD1的内阻变化实际上受录音信号大小控制。

 

4.故障检测方法和电路故障分析

对于这一电路中的二极管故障检测最好的方法是进行代替检查,因为二极管如果性能不好也会影响到电路的控制效果。

 

当二极管VD1开路时,不存在控制作用,这时大信号录音时会出现声音一会儿大一会儿小的起伏状失真,在录音信号很小时录音能够正常。

 

当二极管VD1击穿时,也不存在控制作用,这时录音声音很小,因为录音信号被击穿的二极管VD1分流到地了。

 

二极管限幅电路及故障处理

二极管最基本的工作状态是导通和截止两种,利用这一特性可以构成限幅电路。所谓限幅电路就是限制电路中某一点的信号幅度大小,让信号幅度大到一定程度时,不让信号的幅度再增大,当信号的幅度没有达到限制的幅度时,限幅电路不工作,具有这种功能的电路称为限幅电路,利用二极管来完成这一功能的电路称为二极管限幅电路。

 

如图9-44所示是二极管限幅电路。在电路中,A1是集成电路(一种常用元器件),VT1和VT2是三极管(一种常用元器件),R1和R2是电阻器,VD1~VD6是二极管。

 

图9-44 二极管限幅电路

 

1.电路分析思路说明

对电路中VD1和VD2作用分析的思路主要说明下列几点:

 

1)从电路中可以看出,VD1、VD2、VD3和VD4、VD5、VD6两组二极管的电路结构一样,这两组二极管在这一电路中所起的作用是相同的,所以只要分析其中一组二极管电路工作原理即可。

 

2)集成电路A1的①脚通过电阻R1与三极管VT1基极相连,显然R1是信号传输电阻,将①脚上输出信号通过R1加到VT1基极,由于在集成电路A1的①脚与三极管VT1基极之间没有隔直电容,根据这一电路结构可以判断:集成电路A1的①脚是输出信号引脚,而且输出直流和交流的复合信号。确定集成电路A1的①脚是信号输出引脚的目的是为了判断二极管VD1在电路中的具体作用。

 

3)集成电路的①脚输出的直流电压显然不是很高,没有高到让外接的二极管处于导通状态,理由是:如果集成电路A1的①脚输出的直流电压足够高,那么VD1、VD2和VD3导通,其导通后的内阻很小,这样会将集成电路A1的①脚输出的交流信号分流到地,对信号造成衰减,显然这一电路中不需要对信号进行这样的衰减,所以从这个角度分析得到的结论是:集成电路A1的①脚输出的直流电压不会高到让VD1、VD2和VD3导通的程度。

 

4)从集成电路A1的①脚输出的是直流和交流叠加信号,通过电阻R1与三极管VT1基极,VT1是NPN型三极管,如果加到VT1基极的正半周交流信号幅度出现很大的现象,会使VT1的基极电压很大而有烧坏VT1的危险。加到VT1基极的交流信号负半周信号幅度很大时,对VT1没有烧坏的影响,因为VT1基极上负极性信号使VT1基极电流减小。

 

5)通过上述电路分析思路可以初步判断,电路中的VD1、VD2、VD3是限幅保护二极管电路,防止集成电路A1的①脚输出的交流信号正半周幅度太大而烧坏VT1。

 

从上述思路出发对VD1、VD2、VD3二极管电路进一步分析,分析如果符合逻辑,可以说明上述电路分析思路是正确的。

 

2.二极管限幅电路

分析各种限幅电路工作是有方法的,将信号的幅度分两种情况:

 

1)信号幅度比较小时的电路工作状态,即信号幅度没有大到让限幅电路动作的程度,这时限幅电路不工作。

 

2)信号幅度比较大时的电路工作状态,即信号幅度大到让限幅度电路动作的程度,这时限幅电路工作,将信号幅度进行限制。

 

用画出信号波形的方法分析电路工作原理有时相当管用,用于分析限幅电路尤其有效,如图9-45所示是电路中集成电路A1的①脚上信号波形示意图。

 

图9-45 集成电路A1的①脚上信号波形示意图

 

图中,U1是集成电路A1的①脚输出信号中的直流电压,①脚输出信号中的交流电压是“骑”在这一直流电压上的。U2是限幅电压值。

 

结合上述信号波形来分析这个二极管限幅电路,当集成电路A1的①脚输出信号中的交流电压比较小时,交流信号的正半周加上直流输出电压U1也没有达到VD1、VD2和VD3导通的程度,所以各二极管全部截止,对①脚输出的交流信号没有影响,交流信号通过R1加到VT1中。

 

假设集成电路A1的①脚输出的交流信号其正半周幅度在某期间很大,见图8-12中的信号波形,由于此时交流信号的正半周幅度加上直流电压已超过二极管VD1、VD2和VD3正向导通的电压值,如果每只二极管的导通电压是0.7V,那么3只二极管的导通电压是2.1V。由于3只二极管导通后的管压降基本不变,即集  成电路A1的①脚最大为2.1V,所以交流信号正半周超出部分被去掉(限制),其超出部分信号其实降在了集成电路A1的①脚内电路中的电阻上(图中未画出)。

 

当集成电路A1的①脚直流和交流输出信号的幅度小于2.1V时,这一电压又不能使3只二极管导通,这样3只二极管再度从导通转入截止状态,对信号没有限幅作用。

 

3.电路分析细节说明

对于这一电路的具体分析细节说明如下。

 

1)集成电路A1的①脚输出的负半周大幅度信号不会造成VT1过电流,因为负半周信号只会使NPN型三极管的基极电压下降,基极电流减小,所以无须加入对于负半周的限幅电路。

 

2)上面介绍的是单向限幅电路,这种限幅电路只能对信号的正半周或负半周大信号部分进行限幅,对另一半周信号不限幅。另一种是双向限幅电路,它能同时对正、负半周信号进行限幅。

 

3)引起信号幅度异常增大的原因是多种多样的,例如偶然的因素(如电源电压的波动)导致信号幅度在某瞬间增大许多,外界的大幅度干扰脉冲窜入电路也是引起信号某瞬间异常增大的常见原因。

 

4)3只二极管VD1、VD2和VD3导通之后,集成电路A1的①脚上的直流和交流电压之和是2.1V,这一电压通过电阻R1加到VT1基极,这也是VT1最高的基极电压,这时的基极电流也是VT1最大的基极电流。

 

5)由于集成电路A1的①脚和②脚外电路一样,所以其外电路中的限幅保护电路工作原理一样,分析电路时只要分析一个电路即可。

 

6)根据串联电路特性可知,串联电路中的电流处处相等,这样可以知道VD1、VD2和VD3三只串联二极管导通时同时导通,否则同时截止,绝不会出现串联电路中的某只二极管导通而某几只二极管截止的现象。

 

4.故障检测方法和电路故障分析

对这一电路中的二极管故障检测主要采用万用表欧姆档在路测量其正向和反向电阻大小,因为这一电路中的二极管不工作在直流电路中,所以采用测量二极管两端直流电压降的方法不合适。

 

这一电路中二极管出现故障的可能性较小,因为它们工作在小信号状态下。如果电路中有一只二极管出现开路故障时,电路就没有限幅作用,将会影响后级电路的正常工作。

 

5. 二极管开关电路及故障处理

开关电路是一种常用的功能电路,例如家庭中的照明电路中的开关,各种民用电器中的电源开关等。

 

在开关电路中有两大类的开关:

 

1)机械式的开关,采用机械式的开关件作为开关电路中的元器件。

 

2)电子开关,所谓的电子开关,不用机械式的开关件,而是采用二极管、三极管这类器件构成开关电路。

 

1.开关二极管开关特性说明

开关二极管同普通的二极管一样,也是一个PN结的结构,不同之处是要求这种二极管的开关特性要好。

 

当给开关二极管加上正向电压时,二极管处于导通状态,相当于开关的通态;当给开关二极管加上反向电压时,二极管处于截止状态,相当于开关的断态。二极管的导通和截止状态完成开与关功能。

 

开关二极管就是利用这种特性,且通过制造工艺,开关特性更好,即开关速度更快,PN结的结电容更小,导通时的内阻更小,截止时的电阻很大。

 

如表9-41所示是开关时间概念说明。 

 

表6.19 开关时间概念说明

 

2.典型二极管开关电路工作原理

二极管构成的电子开关电路形式多种多样,如图9-46所示是一种常见的二极管开关电路。

 

图9-46 二极管开关电路

 

通过观察这一电路,可以熟悉下列几个方面的问题,以利于对电路工作原理的分析:

 

1)了解这个单元电路功能是第一步。从图8-14所示电路中可以看出,电感L1和电容C1并联,这显然是一个LC并联谐振电路,是这个单元电路的基本功能,明确这一点后可以知道,电路中的其他元器件应该是围绕这个基本功能的辅助元器件,是对电路基本功能的扩展或补充等,以此思路可以方便地分析电路中的元器件作用。

 

2)C2和VD1构成串联电路,然后再与C1并联,从这种电路结构可以得出一个判断结果:C2和VD1这个支路的作用是通过该支路来改变与电容C1并联后的总容量大小,这样判断的理由是:C2和VD1支路与C1上并联后总电容量改变了,与L1构成的LC并联谐振电路其振荡频率改变了。所以,这是一个改变LC并联谐振电路频率的电路。

 

关于二极管电子开关电路分析思路说明如下几点:

 

1)电路中,C2和VD1串联,根据串联电路特性可知,C2和VD1要么同时接入电路,要么同时断开。如果只是需要C2并联在C1上,可以直接将C2并联在C1上,可是串入二极管VD1,说明VD1控制着C2的接入与断开。

 

2)根据二极管的导通与截止特性可知,当需要C2接入电路时让VD1导通,当不需要C2接入电路时让VD1截止,二极管的这种工作方式称为开关方式,这样的电路称为二极管开关电路。

 

3)二极管的导通与截止要有电压控制,电路中VD1正极通过电阻R1、开关S1与直流电压+V端相连,这一电压就是二极管的控制电压。

 

4)电路中的开关S1用来控制工作电压+V是否接入电路。根据S1开关电路更容易确认二极管VD1工作在开关状态下,因为S1的开、关控制了二极管的导通与截止。

 

如表9-42所示是二极管电子开关电路工作原理说明。

 

表9-42 二极管电子开关电路工作原理说明

 

 

在上述两种状态下,由于LC并联谐振电路中的电容不同,一种情况只有C1,另一种情况是C1与C2并联,在电容量不同的情况下LC并联谐振电路的谐振频率不同。所以,VD1在电路中的真正作用是控制LC并联谐振电路的谐振频率。

 

关于二极管电子开关电路分析细节说明下列二点:

1)当电路中有开关件时,电路的分析就以该开关接通和断开两种情况为例,分别进行电路工作状态的分析。所以,电路中出现开关件时能为电路分析提供思路。

 

2)LC并联谐振电路中的信号通过C2加到VD1正极上,但是由于谐振电路中的信号幅度比较小,所以加到VD1正极上的正半周信号幅度很小,不会使VD1导通。

 
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