實(shí)用篇 二極管的七種用法，電子工程師的必備法寶-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-12-28
二極管，（英語(yǔ)：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個(gè)電極的裝置，只允許電流由單一方向流過(guò)，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管（Varicap Diode）則用來(lái)當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。
大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流（Rectifying）”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)（稱(chēng)為順向偏壓），反向時(shí)阻斷 （稱(chēng)為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
其實(shí)很多剛起步者對(duì)二極管各種基礎(chǔ)知識(shí)是很熟悉，但在對(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。
如下圖所示是由普通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。
1.1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，如下圖所示是測(cè)量時(shí)接線示意圖。如果測(cè)量直流電壓結(jié)果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??；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。
1.2電路故障分析
如下表所示是這一二極管電路故障分析
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。
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。
2.1三極管偏置電路分析
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。
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。
2.2二極管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?/span>
（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。
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，正向電阻愈小；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。如圖下圖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。
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，正向電阻愈小；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。如圖下圖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。
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。
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。
如下圖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。
二極管限幅電路
4.1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。
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。
5.1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。
二極管開(kāi)關(guān)電路
通過(guò)觀察這一電路，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 ?/span>
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。
5.2故障檢測(cè)方法和電路故障分析
如下圖所示是檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線示意圖，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。
檢測(cè)電路中開(kāi)關(guān)二極管時(shí)接線示意圖
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。
如下圖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。
二極管檢波電路
6.1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。
6.2實(shí)用倍壓檢波電路工作原理分析
如下圖所示是實(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。
繼電器內(nèi)部具有線圈的結(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。
如下圖所示是繼電器驅(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。
二極管保護(hù)電路
等效電路
7.1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)著繼電器線圈，這一線圈的直流電阻很小，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)于將繼電器線圈短接，這時(shí)繼電器線圈中沒(méi)有電流流過(guò)，繼電器不能動(dòng)作。
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