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名家講解:解析二極管電路限幅電路及其故障檢測(cè)

發(fā)布時(shí)間:2014-12-24 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】二極管在電路中被作為反向阻斷來使用,正是由于二極管容許電流從一個(gè)方向流過的特點(diǎn)。利用二極管的兩種工作狀態(tài),能夠形成限幅電路。當(dāng)限幅電路出現(xiàn)故障時(shí),又該如何處理呢?請(qǐng)聽專家怎么說。

限幅電路是指對(duì)電路中某一點(diǎn)信號(hào)幅度大小進(jìn)行限制,如果信號(hào)沒有達(dá)到規(guī)定的大小,那么限幅電路就不會(huì)工作。這一過程就稱為二極管限幅電路。

名家講解:解析二極管電路限幅電路及其故障檢測(cè)
 圖1:二極管限幅電路
 
如圖1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是二極管。

對(duì)電路中VD1和VD2作用分析的思路主要說明下列幾點(diǎn):


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。

集成電路A1的①腳通過電阻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。

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。

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。

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,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,可以說明上述電路分析思路是正確的。
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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:

第一種情況,信號(hào)幅度比較小時(shí)的電路工作狀態(tài),即信號(hào)幅度沒有大到讓限幅電路動(dòng)作的程度,這時(shí)限幅電路不工作。
第二種情況,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。

名家講解:解析二極管電路限幅電路及其故障檢測(cè)
圖2 集成電路A1的①腳上信號(hào)波形示意圖

用畫出信號(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2所示是電路中集成電路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)沒有影響,交流信號(hào)通過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,見圖2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2中未畫出)。

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)沒有限幅作用。

對(duì)于這一電路的具體分析細(xì)節(jié)說明如下。

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,所以無須加入對(duì)于負(fù)半周的限幅電路。
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。

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原因。

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。

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。

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。

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)開路故障時(shí),電路就沒有限幅作用,將會(huì)影響后級(jí)電路的正常工作。

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