二極管簡易直流穩(wěn)壓電路及故障處理

向?qū)щ娞匦?，說到它在電路中的應(yīng)用第一反應(yīng)是整流，對二極管的其他特性和應(yīng)用了解不多，認識上也認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?/p>

二極管除單向?qū)щ娞匦酝猓€有許多特性，很多的電路中并不是利用單向?qū)щ娞匦跃湍芊治龆O管所構(gòu)成電路的工作原理，而需要掌握二極管更多的特性才能正確分析這些電路，例如二極管構(gòu)成的簡易直流穩(wěn)壓電路，二極管構(gòu)成的溫度補償電路等。

1 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(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。如圖1.1 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。

圖1.1 3只普通二極管構(gòu)成的簡易直流穩(wěn)壓電路

1.1電路分析思路說明

分析一個從沒有見過的電路工作原理是困難的，對基礎(chǔ)知識不全面的初學者而言就更加困難了。關(guān)于這一電路的分析思路主要說明如下。

（1）從電路中可以看出3只二極管串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路特性可知，這3只二極管如果導通會同時導通，如果截止會同時截止。

（2）根據(jù)二極管是否導通的判斷原則分析，在二極管的正極接有比負極高得多的電壓，無論是直流還是交流的電壓，此時二極管均處于導通狀態(tài)。從電路中可以看出，在VD1正極通過電阻R1接電路中的直流工作電壓+V，VD3的負極接地，這樣在3只串聯(lián)二極管上加有足夠大的正向直流電壓。由此分析可知，3只二極管VD1、VD2和VD3是在直流工作電壓+V作用下導通的。

（3）從電路中還可以看出，3只二極管上沒有加入交流信號電壓，因為在VD1正極即電路中的A點與地之間接有大容量電容C1，將A點的任何交流電壓旁路到地端。

1.2 二極管能夠穩(wěn)定直流電壓原理說明

電路中，3只二極管在直流工作電壓的正向偏置作用下導通，導通后對這一電路的作用是穩(wěn)定了電路中A點的直流電壓。眾所周知，二極管內(nèi)部是一個PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，PN結(jié)除單向?qū)щ娞匦灾膺€有許多特性，其中之一是二極管導通后其管壓降基本不變，對于常用的硅二極管而言導通后正極與負極之間的電壓降為0.6V。

根據(jù)二極管的這一特性，可以很方便地分析由普通二極管構(gòu)成的簡易直流穩(wěn)壓電路工作原理。3只二極管導通之后，每只二極管的管壓降是0.6V，那么3只串聯(lián)之后的直流電壓降是0.6×3=1.8V。

1.3 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，如圖1.2所示是測量時接線示意圖。如果測量直流電壓結(jié)果是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小；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。

圖1.2 測量二極管上直流電壓接線示意圖

1.4 電路故障分析

如表1.1所示是這一二極管電路故障分析

表1.1 二極管電路故障分析

1.5 電路分析細節(jié)說明

關(guān)于上述二極管簡易直流電壓穩(wěn)壓電路分析細節(jié)說明如下。

（1）在電路分析中，利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢灾蓝O管處于導通狀態(tài)，但是并不能說明這幾只二極管導通后對電路有什么具體作用，所以只利用單向?qū)щ娞匦赃€不能夠正確分析電路工作原理。

（2）二極管眾多的特性中只有導通后管壓降基本不變這一特性能夠最為合理地解釋這一電路的作用，所以依據(jù)這一點可以確定這一電路是為了穩(wěn)定電路中A點的直流工作電壓。

（3）電路中有多只元器件時，一定要設(shè)法搞清楚實現(xiàn)電路功能的主要元器件，然后圍繞它進行展開分析。分析中運用該元器件主要特性，進行合理解釋。

2 二極管溫度補償電路及故障處理

眾所周知，PN結(jié)導通后有一個約為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)導通后的壓降基本不變，但不是不變，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，當然PN結(jié)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(gòu)成溫度補償電路。如圖2.1所示是利用二極管溫度特性構(gòu)成的溫度補償電路。

圖2.1 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(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行展開，做到有的放矢、事半功倍。

2.1 需要了解的深層次電路工作原理分析這一電路工作原理需要了解下列兩個深層次的電路原理。

（1）VT1等構(gòu)成一種放大器電路，對于放大器而言要求它的工作穩(wěn)定性好，其中有一條就是溫度高低變化時三極管的靜態(tài)電流不能改變，即VT1基極電流不能隨溫度變化而改變，否則就是工作穩(wěn)定性不好。了解放大器的這一溫度特性，對理解VD1構(gòu)成的溫度補償電路工作原理非常重要。

（2）三極管VT1有一個與溫度相關(guān)的不良特性，即溫度升高時，三極管VT1基極電流會增大，溫度愈高基極電流愈大，反之則小，顯然三極管VT1的溫度穩(wěn)定性能不好。由此可知，放大器的溫度穩(wěn)定性能不良是由于三極管溫度特性造成的

2.2 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。

2.3 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(diào)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(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(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(jié)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。

2.4 電路分析細節(jié)說明

電路分析的細節(jié)說明如下。

（1）在電路分析中，若能運用元器件的某一特性去合理地解釋它在電路中的作用，說明電路分析很可能是正確的。例如，在上述電路分析中，只能用二極管的溫度特性才能合理解釋電路中VD1的作用。

（2）溫度補償電路的溫度補償是雙向的，即能夠補償由于溫度升高或降低而引起的電路工作的不穩(wěn)定性。

（3）分析溫度補償電路工作原理時，要假設(shè)溫度的升高或降低變化，然后分析電路中的反應(yīng)過程，得到正確的電路反饋結(jié)果。在實際電路分析中，可以只設(shè)溫度升高進行電路補償?shù)姆治觯槐卦俜治鰷囟冉档蜁r電路補償?shù)那闆r，因為溫度降低的電路分析思路、過程是相似的，只是電路分析的每一步變化相反。

（4）在上述電路分析中，VT1基極與發(fā)射極之間PN結(jié)（發(fā)射結(jié)）的溫度特性與VD1溫度特性相似，因為它們都是PN結(jié)的結(jié)構(gòu)，所以溫度補償?shù)慕Y(jié)果比較好。

（5）在上述電路中的二極管VD1，對直流工作電壓+V的大小波動無穩(wěn)定作用，所以不能補償由直流工作電壓+V大小波動造成的VT1管基極直流工作電流的不穩(wěn)定性。

2.5 故障檢測方法和電路故障分析

這一電路中的二極管VD1故障檢測方法比較簡單，可以用萬用表歐姆檔在路測量VD1正向和反向電阻大小的方法。當VD1 出現(xiàn)開路故障時，三極管VT1 基極直流偏置電壓升高許多，導致VT1管進入飽和狀態(tài)，VT1可能會發(fā)燒，嚴重時會燒壞VT1。如果VD1出現(xiàn)擊穿故障，會導致VT1管基極直流偏置電壓下降0.6V，三極管VT1直流工作電流減小，VT1管放大能力減小或進入截止狀態(tài)。