二極體7種應用電路詳解之四

　　9.4.4 二極體限幅電路及故障處理

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　　二極體最基本的工作狀態是導通和截止兩種，利用這一特性可以構成限幅電路。所謂限幅電路就是限制電路中某一點的信號幅度大小，讓信號幅度大到一定程度時，不讓信號的幅度再增大，當信號的幅度沒有達到限制的幅度時，限幅電路不工作，具有這種功能的電路稱為限幅電路，利用二極體來完成這一功能的電路稱為二極體限幅電路。

　　如圖9-44所示是二極體限幅電路。在電路中，A1是集成電路(一種常用元器件)，VT1和VT2是三極體(一種常用元器件)，R1和R2是電阻器，VD1～VD6是二極體。

　　

 

　　圖9-44 二極體限幅電路

　　1.電路分析思路說明

　　對電路中VD1和VD2作用分析的思路主要說明下列幾點：

　　(1)從電路中可以看出，VD1、VD2、VD3和VD4、VD5、VD6兩組二極體的電路結構一樣，這兩組二極體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體電路工作原理即可。

　　(2)集成電路A1的①腳通過電阻R1與三極體VT1基極相連，顯然R1是信號傳輸電阻，將①腳上輸出信號通過R1加到VT1基極，由於在集成電路A1的①腳與三極體VT1基極之間沒有隔直電容，根據這一電路結構可以判斷：集成電路A1的①腳是輸出信號引腳，而且輸出直流和交流的複合信號。確定集成電路A1的①腳是信號輸出引腳的目的是為了判斷二極體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，沒有高到讓外接的二極體處於導通狀態，理由是：如果集成電路A1的①腳輸出的直流電壓足夠高，那麼VD1、VD2和VD3導通，其導通後的內阻很小，這樣會將集成電路A1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行這樣的衰減，所以從這個角度分析得到的結論是：集成電路A1的①腳輸出的直流電壓不會高到讓VD1、VD2和VD3導通的程度。

　　(4)從集成電路A1的①腳輸出的是直流和交流疊加信號，通過電阻R1與三極體VT1基極，VT1是NPN型三極體，如果加到VT1基極的正半周交流信號幅度出現很大的現象，會使VT1的基極電壓很大而有燒壞VT1的危險。加到VT1基極的交流信號負半周信號幅度很大時，對VT1沒有燒壞的影響，因為VT1基極上負極性信號使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是限幅保護二極體電路，防止集成電路A1的①腳輸出的交流信號正半周幅度太大而燒壞VT1。

　　從上述思路出發對VD1、VD2、VD3二極體電路進一步分析，分析如果符合邏輯，可以說明上述電路分析思路是正確的。

　　2.二極體限幅電路

　　分析各種限幅電路工作是有方法的，將信號的幅度分兩種情況：

　　(1)信號幅度比較小時的電路工作狀態，即信號幅度沒有大到讓限幅電路動作的程度，這時限幅電路不工作。

　　(2)信號幅度比較大時的電路工作狀態，即信號幅度大到讓限幅度電路動作的程度，這時限幅電路工作，將信號幅度進行限制。

　　用畫出信號波形的方法分析電路工作原理有時相當管用，用於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腳上信號波形示意圖。

　　

 

　　圖9-45 集成電路A1的①腳上信號波形示意圖

　　圖中，U1是集成電路A1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。

　　結合上述信號波形來分析這個二極體限幅電路，當集成電路A1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U1也沒有達到VD1、VD2和VD3導通的程度，所以各二極體全部截止，對①腳輸出的交流信號沒有影響，交流信號通過R1加到VT1中。

　　假設集成電路A1的①腳輸出的交流信號其正半周幅度在某期間很大，見圖8-12中的信號波形，由於此時交流信號的正半周幅度加上直流電壓已超過二極體VD1、VD2和VD3正嚮導通的電壓值，如果每隻二極體的導通電壓是0.7V，那麼3隻二極體的導通電壓是2.1V。由於3隻二極體導通後的管壓降基本不變，即集 成電路A1的①腳最大為2.1V，所以交流信號正半周超出部分被去掉(限制)，其超出部分信號其實降在了集成電路A1的①腳內電路中的電阻上(圖中未畫出)。

　　當集成電路A1的①腳直流和交流輸出信號的幅度小於2.1V時，這一電壓又不能使3隻二極體導通，這樣3隻二極體再度從導通轉入截止狀態，對信號沒有限幅作用。

　　3.電路分析細節說明

　　對於這一電路的具體分析細節說明如下。

　　(1)集成電路A1的①腳輸出的負半周大幅度信號不會造成VT1過電流，因為負半周信號只會使NPN型三極體的基極電壓下降，基極電流減小，所以無須加入對於負半周的限幅電路。

　　(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半周大信號部分進行限幅，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、負半周信號進行限幅。

　　(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)導致信號幅度在某瞬間增大許多，外界的大幅度幹擾脈衝竄入電路也是引起信號某瞬間異常增大的常見原因。

　　(4)3隻二極體VD1、VD2和VD3導通之後，集成電路A1的①腳上的直流和交流電壓之和是2.1V，這一電壓通過電阻R1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)由於集成電路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)根據串聯電路特性可知，串聯電路中的電流處處相等，這樣可以知道VD1、VD2和VD3三隻串聯二極體導通時同時導通，否則同時截止，絕不會出現串聯電路中的某隻二極體導通而某幾隻二極體截止的現象。

　　4.故障檢測方法和電路故障分析

　　對這一電路中的二極體故障檢測主要採用萬用表歐姆檔在路測量其正向和反向電阻大小，因為這一電路中的二極體不工作在直流電路中，所以採用測量二極體兩端直流電壓降的方法不合適。

　　這一電路中二極體出現故障的可能性較小，因為它們工作在小信號狀態下。如果電路中有一隻二極體出現開路故障時，電路就沒有限幅作用，將會影響後級電路的正常工作。