關于二極管的七種電路應用分析

二極管，（英語：Diode），電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能。而變容二極管（Varicap Diode）則用來當作電子式的可調電容器。

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知識是很熟悉，但在對二極管的其他特性和應用了解不多，認識上也認為掌握了二極管的單向導電特性，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導電特性來解釋其工作原理。

（一）二極管簡易直流穩(wěn)壓電路及故障處理 .....

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)起來后構成一個簡易直流電壓穩(wěn)壓電路。

3只普通二極管構成的簡易直流穩(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，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

（二）二極管溫度補償電路及故障處理 .....

PN結導通后有一個約為0.6V（指硅材料PN結）的壓降，同時PN結還有一個與溫度相關的特性：PN結導通后的壓降基本不變，但不是變。

PN結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，當然PN結兩端電壓下降量的絕對值對于0.6V而言相當小，利用這一特性可以構成溫度補償電路。如圖9-42所示是利用二極管溫度特性構成的溫度補償電路。

二極管溫度補償電路

對于初學者來講，看不懂電路中VT1等元器件構成的是一種放大器，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。

2.2二極管VD1溫度補償電路分析

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的作用下處于導通狀態(tài)。理解二極管導通的要點是：正極上電壓高于負極上電壓。

（2）利用二極管導通后有一個0.6V管壓降來解釋電路中VD1的作用是行不通的，因為通過調整R1和R2的阻值大小可以達到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管壓降的下降導致VT1基極電壓下降一些，結果使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可以起溫度補償?shù)淖饔谩?/p>

（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，結果VT1基極電流增大，這樣也能補償三極管VT1溫度下降時的不穩(wěn)定。

（三）二極管控制電路及故障處理 .....

二極管導通之后，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，可以構成一些自動控制電路。如圖下圖所示是一種由二極管構成的自動控制電路，又稱ALC電路（自動電平控制電路），它在磁性錄音設備中（如卡座）的錄音電路中經(jīng)常應用。

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。

（四）二極管限幅電路及故障處理 .....

二極管最基本的工作狀態(tài)是導通和截止兩種，利用這一特性可以構成限幅電路。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。

當信號的幅度沒有達到限制的幅度時，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構一樣，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)這一電路結構可以判斷：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導通，其導通后的內阻很小，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行這樣的衰減，所以從這個角度分析得到的結論是：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。

（五）二極管開關電路及故障處理 .....

開關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，各種民用電器中的電源開關等。

在開關電路中有兩大類的開關：

（1）機械式的開關，采用機械式的開關件作為開關電路中的元器件。

（2）電子開關，所謂的電子開關，不用機械式的開關件，而是采用二極管、三極管這類器件構成開關電路。

5.1典型二極管開關電路工作原理

二極管構成的電子開關電路形式多種多樣，如圖9-46所示是一種常見的二極管開關電路。

二極管開關電路

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展或補充等，以此思路可以方便地分析電路中的元器件作用。

（2）C2和VD1構成串聯(lián)電路，然后再與C1并聯(lián)，從這種電路結構可以得出一個判斷結果：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)后的總容量大小。

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二極管時接線示意圖，在開關接通時測量二極管VD1兩端直流電壓降，應該為0.6V，如果遠小于這個電壓值說明VD1短路，如果遠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。

檢測電路中開關二極管時接線示意圖

如果這一電路中開關二極管開路或短路，都不能進行振蕩頻率的調整。開關二極管開路時，電容C2不能接入電路，此時振蕩頻率升高；開關二極管短路時，電容C2始終接入電路，此時振蕩頻率降低。

（六）二極管檢波電路及故障處理 .....

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量。

當檢波二極管開路和短路時，都不能完成檢波任務，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構成二倍壓檢波電路，在收音機電路中用來將調幅信號轉換成音頻信號。

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。

實用倍壓檢波電路

（七）繼電器驅動電路中二極管保護電路及故障處理 .....

繼電器內部具有線圈的結構，所以它在斷電時會產(chǎn)生電壓很大的反向電動勢，會擊穿繼電器的驅動三極管，為此要在繼電器驅動電路中設置二極管保護電路，以保護繼電器驅動管。

如下圖所示是繼電器驅動電路中的二極管保護電路，電路中的J1是繼電器，VD1是驅動管VT1的保護二極管，R1和C1構成繼電器內部開關觸點的消火花電路。

二極管保護電路

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量，應該采用代替檢查的方法。

當保護二極管開路時，對繼電器電路工作狀態(tài)沒有大的影響，但是沒有了保護作用而很有可能會擊穿驅動管；當保護二極管短路時，相當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。