實用篇 二極管的七種用法，電子工程師的必備法寶-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-12-28
二極管，（英語：Diode），電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，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（稱為順向偏壓），反向時阻斷 （稱為逆向偏壓）。因此，二極管可以想成電子版的逆止閥。
其實很多剛起步者對二極管各種基礎(chǔ)知識是很熟悉，但在對二極管的其他特性和應(yīng)用了解不多，認(rèn)識上也認(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，實際上這樣的想法是錯誤的，而且在某種程度上是害了自己，因為這種定向思維影響了對各種二極管電路工作原理的分析，許多二極管電路無法用單向?qū)щ娞匦詠斫忉屍涔ぷ髟怼?/span>
二極管簡易穩(wěn)壓電路主要用于一些局部的直流電壓供給電路中，由于電路簡單，成本低，所以應(yīng)用比較廣泛。二極管簡易穩(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，對硅二極管而言這一管壓降是0.6V左右，對鍺二極管而言是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)起來后構(gòu)成一個簡易直流電壓穩(wěn)壓電路。
1.1故障檢測方法
檢測這一電路中的3只二極管最為有效的方法是測量二極管上的直流電壓，如下圖所示是測量時接線示意圖。如果測量直流電壓結(jié)果1.8V左右，說明3只二極管工作正常；
如果測量直流電壓結(jié)果是0V，要測量直流工作電壓+V是否正常和電阻R1是否開路，與3只二極管無關(guān)，因為3只二極管同時擊穿的可能性較??；如果測量直流電壓結(jié)果大于1.8V，檢查3只二極管中有一只開路故障。
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)通后有一個約為0.6V（指硅材料PN結(jié)）的壓降，同時PN結(jié)還有一個與溫度相關(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值對于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
對于初學(xué)者來講，看不懂電路中VT1等元器件構(gòu)成的是一種放大器，這對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，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)時要給它一定的直流偏置電壓，這由偏置電路來完成。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工作原理時還要搞清楚一點：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工作原理時還要搞清楚一點：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，對它的工作原理分析思路主要說明下列幾點：
（1）VD1的正極通過R1與直流工作電壓+V相連，而它的負(fù)極通過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0.6V管壓降來解釋電路中VD1的作用是行不通的，因為通過調(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，根本沒有必要通過串入二極管VD1來調(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的基極電流會增大一些。當(dāng)溫度升高時，二極管VD1的管壓降會下降一些，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，原來溫度升高使VT1基極電流增大的，現(xiàn)在通過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)為溫度下降的過程中。在溫度降低時，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，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??；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)成一些自動控制電路。如圖下圖所示是一種由二極管構(gòu)成的自動控制電路，又稱ALC電路（自動電平控制電路），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?。环粗畡t大。
利用二極管正向電流與正向電阻之間的特性，可以構(gòu)成一些自動控制電路。如圖下圖所示是一種由二極管構(gòu)成的自動控制電路，又稱ALC電路（自動電平控制電路），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。
故障檢測方法和電路故障分析
對于這一電路中的二極管故障檢測最好的方法是進(jìn)行代替檢查，因為二極管如果性能不好也會影響到電路的控制效果。
當(dāng)二極管VD1開路時，不存在控制作用，這時大信號錄音時會出現(xiàn)聲音一會兒大一會兒小的起伏狀失真，在錄音信號很小時錄音能夠正常。
當(dāng)二極管VD1擊穿時，也不存在控制作用，這時錄音聲音很小，因為錄音信號被擊穿的二極管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(dāng)信號的幅度沒有達(dá)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，利用二極管來完成這一功能的電路稱為二極管限幅電路。
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腳通過電阻R1與三極管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腳是輸出信號引腳，而且輸出直流和交流的復(fù)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(jìn)行這樣的衰減，所以從這個角度分析得到的結(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，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幅度出現(xiàn)很大的現(xiàn)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(fù)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(fù)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(hù)二極管電路，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(fā)對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。
開關(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關(guān)，各種民用電器中的電源開關(guān)等。
在開關(guān)電路中有兩大類的開關(guān)：
（1）機(jī)械式的開關(guān)，采用機(jī)械式的開關(guān)件作為開關(guān)電路中的元器件。
（2）電子開關(guān)，所謂的電子開關(guān)，不用機(jī)械式的開關(guān)件，而是采用二極管、三極管這類器件構(gòu)成開關(guān)電路。
5.1典型二極管開關(guān)電路工作原理
二極管構(gòu)成的電子開關(guān)電路形式多種多樣，如圖9-46所示是一種常見的二極管開關(guān)電路。
二極管開關(guān)電路
通過觀察這一電路，可以熟悉下列幾個方面的問題，以利于對電路工作原理的分析：
（1）了解這個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LC并聯(lián)諧振電路，是這個單元電路的基本功能，明確這一點后可以知道。
電路中的其他元器件應(yīng)該是圍繞這個基本功能的輔助元器件，是對電路基本功能的擴(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)可以得出一個判斷結(jié)果：C2和VD1這個支路的作用是通過該支路來改變與電容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，這是一個改變LC并聯(lián)諧振電路頻率的電路。
5.2故障檢測方法和電路故障分析
如下圖所示是檢測電路中開關(guān)二極管時接線示意圖，在開關(guān)接通時測量二極管VD1兩端直流電壓降，應(yīng)該為0.6V，如果遠(yuǎn)小于這個電壓值說明VD1短路，如果遠(yuǎn)大小于這個電壓值說明VD1開路。
另外，如果沒有明顯發(fā)現(xiàn)VD1出現(xiàn)短路或開路故障時，可以用萬用表歐姆檔測量它的正向電阻，要很小，否則正向電阻大也不好。
檢測電路中開關(guān)二極管時接線示意圖
如果這一電路中開關(guān)二極管開路或短路，都不能進(jìn)行振蕩頻率的調(diào)整。開關(guān)二極管開路時，電容C2不能接入電路，此時振蕩頻率升高；開關(guān)二極管短路時，電容C2始終接入電路，此時振蕩頻率降低。
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故障檢測方法及電路故障分析
對于檢波二極管不能用測量直流電壓的方法來進(jìn)行檢測，因這這種二極管不工作在直流電壓中，所以要采用測量正向和反向電阻的方法來判斷檢波二極管質(zhì)量。
當(dāng)檢波二極管開路和短路時，都不能完成檢波任務(wù)，所以收音電路均會出現(xiàn)收音無聲故障。
6.2實用倍壓檢波電路工作原理分析
如下圖所示是實用倍壓檢波電路，電路中的C2和VD1、VD2構(gòu)成二倍壓檢波電路，在收音機(jī)電路中用來將調(diào)幅信號轉(zhuǎn)換成音頻信號。
電路中的C3是檢波后的濾波電容。通過這一倍壓檢波電路得到的音頻信號，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)，所以它在斷電時會產(chǎn)生電壓很大的反向電動勢，會擊穿繼電器的驅(qū)動三極管，為此要在繼電器驅(qū)動電路中設(shè)置二極管保護(hù)電路，以保護(hù)繼電器驅(qū)動管。
如下圖所示是繼電器驅(qū)動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)動管VT1的保護(hù)二極管，R1和C1構(gòu)成繼電器內(nèi)部開關(guān)觸點的消火花電路。
二極管保護(hù)電路
等效電路
7.1故障檢測方法和電路故障分析
對于這一電路中的保護(hù)二極管不能采用測量二極管兩端直流電壓降的方法來判斷檢測故障，也不能采用在路測量二極管正向和反向電阻的方法，因為這一二極管兩端并聯(lián)著繼電器線圈，這一線圈的直流電阻很小，所以無法通過測量電壓降的方法來判斷二極管質(zhì)量，應(yīng)該采用代替檢查的方法。
當(dāng)保護(hù)二極管開路時，對繼電器電路工作狀態(tài)沒有大的影響，但是沒有了保護(hù)作用而很有可能會擊穿驅(qū)動管；當(dāng)保護(hù)二極管短路時，相當(dāng)于將繼電器線圈短接，這時繼電器線圈中沒有電流流過，繼電器不能動作。
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