二極管限幅電路工作原理分析與理解

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，就是指限制電路中某一點(diǎn)的信號(hào)幅度大小，當(dāng)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為限幅電路，利用二極管來完成這一功能的電路稱為二極管限幅電路。

圖5-40所示是二極管限幅電路。在電路中，Al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)，Rl和R2是電阻器，VDl～VD6是二極管。

1.電路分析思路 WH253K9JI

對(duì)電路中VD1和VD2作用分析的思路，主要說明下列幾點(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的電路工作原理即可。

(2)集成電路Al的①腳通過電阻Rl與三極管VT1基極相連，顯然Rl是信號(hào)傳輸電阻，將①腳上輸出的信號(hào)通過Rl加到VT1基極(由于在集成電路Al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Al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Al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Al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Al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Al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Al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Al酌①腳輸出的是直流和交流的疊加信號(hào)，它通過電阻Rl加到三極管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，就會(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基極上的負(fù)極性信號(hào)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(hù)二極管電路，用于防止集成電路Al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，則可以說明上述電路分析思路是正確的。

2.二極管限幅電路

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，圖5-41所示是電路中集成電路Al①腳上的信號(hào)波形示意圖。

圖中，Ul是集成電路Al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Al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奶也沒有達(dá)到使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Rl加到VT1中。

假設(shè)集成電路Al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?，如果每只二極管的導(dǎo)通電壓是0.7V，那么三只二極管的導(dǎo)通電壓是2.1V。由于三只二極管導(dǎo)通后的管壓降基本不變，即集成電路Al的①腳最大為2.1V，因此交流信號(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Al的①腳內(nèi)電路中的電阻上(圖中未畫出)。

當(dāng)集成電路Al的①腳直流和交流輸出信號(hào)的幅度小于2.1V時(shí)，這一電壓又不能使三只二極管導(dǎo)通，這樣三只二極管再度從導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)信號(hào)沒有限幅作用。

3.電路分析細(xì)節(jié) WG29AE20AA0

對(duì)于這一電路的具體分析細(xì)節(jié)，有如下幾點(diǎn)說明。

(1)集成電路Al的④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。

(2)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。

(3)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。

(4)三只二極管VD1、VD2和VD3導(dǎo)通之后，集成電路Al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Rl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。

(5)由于集成電路Al的①腳和②腳外電路一樣，因此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。

(6)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，由此可以知道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。