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实用篇 二极管的七种用法,电子工程师的必备法宝-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-12-28 

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二极管介绍

二极管,(英语:Diode),电子元件当中,一种具有两个电极的装置,只允许电流由单一方向流过,许多的使用是应用其整流的功能。而变容二极管(Varicap Diode)则用来当作电子式的可调电容器。


大部分二极管所具备的电流方向性我们通常称之为“整流(Rectifying)”功能。二极管最普遍的功能就是只允许电流由单一方向通过(称为顺向偏压),反向时阻断 (称为逆向偏压)。因此,二极管可以想成电子版的逆止阀。


其实很多刚起步者对二极管各种基础知识是很熟悉,但在对二极管的其他特性和应用了解不多,认识上也认为掌握了二极管的单向导电特性,就能分析二极管参与的各种电路,实际上这样的想法是错误的,而且在某种程度上是害了自己,因为这种定向思维影响了对各种二极管电路工作原理的分析,许多二极管电路无法用单向导电特性来解释其工作原理。


(一)二极管简易直流稳压电路及故障处理

二极管简易稳压电路主要用于一些局部的直流电压供给电路中,由于电路简单,成本低,所以应用比较广泛。二极管简易稳压电路中主要利用二极管的管压降基本不变特性。


二极管的管压降特性:二极管导通后其管压降基本不变,对硅二极管而言这一管压降是0.6V左右,对锗二极管而言是0.2V左右。


如下图所示是由普通3只二极管构成的简易直流稳压电路。电路中的VD1、VD2和VD3是普通二极管,它们串联起来后构成一个简易直流电压稳压电路。

二极管,二极管用法


1.1故障检测方法

检测这一电路中的3只二极管最为有效的方法是测量二极管上的直流电压,如下图所示是测量时接线示意图。如果测量直流电压结果1.8V左右,说明3只二极管工作正常;


如果测量直流电压结果是0V,要测量直流工作电压+V是否正常和电阻R1是否开路,与3只二极管无关,因为3只二极管同时击穿的可能性较小;如果测量直流电压结果大于1.8V,检查3只二极管中有一只开路故障。

二极管,二极管用法

1.2电路故障分析

如下表所示是这一二极管电路故障分析

二极管,二极管用法

(二)二极管温度补偿电路及故障处理

PN结导通后有一个约为0.6V(指硅材料PN结)的压降,同时PN结还有一个与温度相关的特性:PN结导通后的压降基本不变,但不是变。


PN结两端的压降随温度升高而略有下降,温度愈高其下降的量愈多,当然PN结两端电压下降量的绝对值对于0.6V而言相当小,利用这一特性可以构成温度补偿电路。如图9-42所示是利用二极管温度特性构成的温度补偿电路。

二极管,二极管用法

二极管温度补偿电路


对于初学者来讲,看不懂电路中VT1等元器件构成的是一种放大器,这对分析这一电路工作原理不利。


在电路分析中,熟悉VT1等元器件所构成的单元电路功能,对分析VD1工作原理有着积极意义。了解了单元电路的功能,一切电路分析就可以围绕它进行展开,做到有的放矢、事半功倍。


2.1三极管偏置电路分析

电路中,三极管VT1工作在放大状态时要给它一定的直流偏置电压,这由偏置电路来完成。电路中的R1、VD1和R2构成分压式偏置电路,为三极管VT1基极提供直流工作电压,基极电压的大小决定了VT1基极电流的大小。


如果不考虑温度的影响,而且直流工作电压+V的大小不变,那么VT1基极直流电压是稳定的,则三极管VT1的基极直流电流是不变的,三极管可以稳定工作。


在分析二极管VD1工作原理时还要搞清楚一点:VT1是NPN型三极管,其基极直流电压高,则基极电流大;反之则小。


如果不考虑温度的影响,而且直流工作电压+V的大小不变,那么VT1基极直流电压是稳定的,则三极管VT1的基极直流电流是不变的,三极管可以稳定工作。


在分析二极管VD1工作原理时还要搞清楚一点:VT1是NPN型三极管,其基极直流电压高,则基极电流大;反之则小。


2.2二极管VD1温度补偿电路分析

根据二极管VD1在电路中的位置,对它的工作原理分析思路主要说明下列几点:


(1)VD1的正极通过R1与直流工作电压+V相连,而它的负极通过R2与地线相连,这样VD1在直流工作电压+V的作用下处于导通状态。理解二极管导通的要点是:正极上电压高于负极上电压。


(2)利用二极管导通后有一个0.6V管压降来解释电路中VD1的作用是行不通的,因为通过调整R1和R2的阻值大小可以达到VT1基极所需要的直流工作电压,根本没有必要通过串入二极管VD1来调整VT1基极电压大小。


(3)利用二极管的管压降温度特性可以正确解释VD1在电路中的作用。假设温度升高,根据三极管特性可知,VT1的基极电流会增大一些。当温度升高时,二极管VD1的管压降会下降一些,VD1管压降的下降导致VT1基极电压下降一些,结果使VT1基极电流下降。

由上述分析可知,加入二极管VD1后,原来温度升高使VT1基极电流增大的,现在通过VD1电路可以使VT1基极电流减小一些,这样起到稳定三极管VT1基极电流的作用,所以VD1可以起温度补偿的作用。


(4)三极管的温度稳定性能不良还表现为温度下降的过程中。在温度降低时,三极管VT1基极电流要减小,这也是温度稳定性能不好的表现。

接入二极管VD1后,温度下降时,它的管压降稍有升高,使VT1基极直流工作电压升高,结果VT1基极电流增大,这样也能补偿三极管VT1温度下降时的不稳定。


(三)二极管控制电路及故障处理

二极管导通之后,它的正向电阻大小随电流大小变化而有微小改变,正向电流愈大,正向电阻愈小;反之则大。


利用二极管正向电流与正向电阻之间的特性,可以构成一些自动控制电路。如图下图所示是一种由二极管构成的自动控制电路,又称ALC电路(自动电平控制电路),它在磁性录音设备中(如卡座)的录音电路中经常应用。

二极管,二极管用法


二极管导通之后,它的正向电阻大小随电流大小变化而有微小改变,正向电流愈大,正向电阻愈小;反之则大。


利用二极管正向电流与正向电阻之间的特性,可以构成一些自动控制电路。如图下图所示是一种由二极管构成的自动控制电路,又称ALC电路(自动电平控制电路),它在磁性录音设备中(如卡座)的录音电路中经常应用。

二极管,二极管用法

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。


(四)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。


如下图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。

二极管,二极管用法

二极管限幅电路


4.1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。


(五)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。


5.1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。

二极管,二极管用法

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。


5.2故障检测方法和电路故障分析

如下图所示是检测电路中开关二极管时接线示意图,在开关接通时测量二极管VD1两端直流电压降,应该为0.6V,如果远小于这个电压值说明VD1短路,如果远大小于这个电压值说明VD1开路。


另外,如果没有明显发现VD1出现短路或开路故障时,可以用万用表欧姆档测量它的正向电阻,要很小,否则正向电阻大也不好。

二极管,二极管用法

检测电路中开关二极管时接线示意图


如果这一电路中开关二极管开路或短路,都不能进行振荡频率的调整。开关二极管开路时,电容C2不能接入电路,此时振荡频率升高;开关二极管短路时,电容C2始终接入电路,此时振荡频率降低。


(六)二极管检波电路及故障处理

如下图所示是二极管检波电路。电路中的VD1是检波二极管,C1是高频滤波电容,R1是检波电路的负载电阻,C2是耦合电容。

二极管,二极管用法

二极管检波电路


6.1故障检测方法及电路故障分析

对于检波二极管不能用测量直流电压的方法来进行检测,因这这种二极管不工作在直流电压中,所以要采用测量正向和反向电阻的方法来判断检波二极管质量。


当检波二极管开路和短路时,都不能完成检波任务,所以收音电路均会出现收音无声故障。


6.2实用倍压检波电路工作原理分析

如下图所示是实用倍压检波电路,电路中的C2和VD1、VD2构成二倍压检波电路,在收音机电路中用来将调幅信号转换成音频信号。


电路中的C3是检波后的滤波电容。通过这一倍压检波电路得到的音频信号,经耦合电容C5加到音频放大管中。


(七)继电器驱动电路中二极管保护电路及故障处理

继电器内部具有线圈的结构,所以它在断电时会产生电压很大的反向电动势,会击穿继电器的驱动三极管,为此要在继电器驱动电路中设置二极管保护电路,以保护继电器驱动管。


如下图所示是继电器驱动电路中的二极管保护电路,电路中的J1是继电器,VD1是驱动管VT1的保护二极管,R1和C1构成继电器内部开关触点的消火花电路。

二极管,二极管用法

二极管保护电路


二极管,二极管用法

等效电路


7.1故障检测方法和电路故障分析

对于这一电路中的保护二极管不能采用测量二极管两端直流电压降的方法来判断检测故障,也不能采用在路测量二极管正向和反向电阻的方法,因为这一二极管两端并联着继电器线圈,这一线圈的直流电阻很小,所以无法通过测量电压降的方法来判断二极管质量,应该采用代替检查的方法。


当保护二极管开路时,对继电器电路工作状态没有大的影响,但是没有了保护作用而很有可能会击穿驱动管;当保护二极管短路时,相当于将继电器线圈短接,这时继电器线圈中没有电流流过,继电器不能动作。


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