二极管限幅电路工作原理分析与理解

EDN电子技术设计 2020-04-06 00:00

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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，就是指限制电路中某一点的信号幅度大小，当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。

图5-40所示是二极管限幅电路。在电路中，Al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)，Rl和R2是电阻器，VDl～VD6是二极管。

1.电路分析思路 WH253K9JI

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的电路工作原理即可。

(2)集成电路Al的①脚通过电阻Rl与三极管VT1基极相连，显然Rl是信号传输电阻，将①脚上输出的信号通过Rl加到VT1基极(由于在集成电路Al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Al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Al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Al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Al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Al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Al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Al酌①脚输出的是直流和交流的叠加信号，它通过电阻Rl加到三极管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，就会使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基极上的负极性信号使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，用于防止集成电路Al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，则可以说明上述电路分析思路是正确的。

2.二极管限幅电路

用画出信号波形的方法分析电路工作原理有时相当管用，用于分析限幅电路尤其有效，图5-41所示是电路中集成电路Al①脚上的信号波形示意图。

图中，Ul是集成电路Al的①脚输出信号中的直流电压，①脚输出信号中的交流电压是“骑”在这一直流电压上的。U2是限幅电压值。

结合上述信号波形来分析这个二极管限幅电路，当集成电路Al的①脚输出信号中的交流电压比较小时，交流信号的正半周加上直流输出电压奶也没有达到使VD1、VD2和VD3导通的程度，所以各二极管全部截止，对①脚输出的交流信号没有影响，交流信号通过Rl加到VT1中。

假设集成电路Al的①脚输出的交流信号其正半周幅度在某期间很大，见图中的信号波形，由于此时交流信号的正半周幅度加上直流电压已超过二极管VD1、VD2和VD3正向导通的电压值，如果每只二极管的导通电压是0.7V，那么三只二极管的导通电压是2.1V。由于三只二极管导通后的管压降基本不变，即集成电路Al的①脚最大为2.1V，因此交流信号正半周超出部分被去掉(限制)，其超出部分信号其实降在了集成电路Al的①脚内电路中的电阻上(图中未画出)。

当集成电路Al的①脚直流和交流输出信号的幅度小于2.1V时，这一电压又不能使三只二极管导通，这样三只二极管再度从导通转入截止状态，对信号没有限幅作用。

3.电路分析细节 WG29AE20AA0

对于这一电路的具体分析细节，有如下几点说明。

(1)集成电路Al的④脚输出的负半周大幅度信号不会造成VT1过电流，因为负半周信号只会使NPN型三极管的基极电压下降，基极电流减小，所以无须加入对于负半周的限幅电路。

(2)上面介绍的是单向限幅电路，这种限幅电路只能对信号的正半周或负半周大信号部分进行限幅，对另一半周信号不限幅。另一种是双向限幅电路，它能同时对正、负半周信号进行限幅。

(3)引起信号幅度异常增大的原因是多种多样的，例如偶然的因素(如电源电压的波动)导致信号幅度在某瞬间增大许多，外界的大幅度干扰脉冲窜入电路也是引起信号某瞬间异常增大的常见原因。

(4)三只二极管VD1、VD2和VD3导通之后，集成电路Al的①脚上的直流和交流电压之和是2.1V,这一电压通过电阻Rl加到VT1基极，这也是VT1最高的基极电压，这时的基极电流也是VT1最大的基极电流。

(5)由于集成电路Al的①脚和②脚外电路一样，因此其外电路中的限幅保护电路工作原理一样，分析电路时只要分析一个电路即可。

(6)根据串联电路特性可知，串联电路中的电流处处相等，由此可以知道VD1、VD2和VD3三只串联二极管导通时同时导通，否则同时截止，绝不会出现串联电路中的某只二极管导通而某几只二极管截止的现象。

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