二极管限幅电路、开关电路、检波电路、继电器驱动电路

    01 二极管限幅电路及故障处理
    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。所谓限幅电路就是限制电路中某一点的信号幅度大小，让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。
    如图所示是二极管限幅电路。在电路中，A1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），R1和R2是电阻器，VD1～VD6是二极管。

    1．电路分析思路说明
    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电路工作原理即可。
    （2）集成电路A1的①脚通过电阻R1与三极管VT1基极相连，显然R1是信号传输电阻，将①脚上输出信号通过R1加到VT1基极，由于在集成电路A1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A1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A1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A1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A1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A1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A1的①脚输出的是直流和交流叠加信号，通过电阻R1与三极管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，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，防止集成电路A1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，可以说明上述电路分析思路是正确的。
    2．二极管限幅电路
    分析各种限幅电路工作是有方法的，将信号的幅度分两种情况：
    （1）信号幅度比较小时的电路工作状态，即信号幅度没有大到让限幅电路动作的度，这时限幅电路不工作。
    （2）信号幅度比较大时的电路工作状态，即信号幅度大到让限幅度电路动作的程度，这时限幅电路工作，将信号幅度进行限制。
    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如图所示是电路中集成电路A1的①脚上信号波形示意图。

    图中，U1是集成电路A1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A1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U1也没有达到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R1加到VT1中。
    假设集成电路A1的①脚输出的交流信号其正半周幅度在某期间很大，见图8-12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3只二极管的导通电压是2.1V。由于3只二极管导通后的管压降基本不变，即集 成电路A1的①脚最大为2.1V，所以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A1的①脚内电路中的电阻上（图中未画出）。
    当集成电路A1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3只二极管导通，这样3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．电路分析细节说明
    对于这一电路的具体分析细节说明如下。
    （1）集成电路A1的①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）3只二极管VD1、VD2和VD3导通之后，集成电路A1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R1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A1的①脚和②脚外电路一样，所以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，这样可以知道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。
    4．故障检测方法和电路故障分析
    对这一电路中的二极管故障检测主要采用万用表欧姆档在路测量其正向和反向电阻大小，因为这一电路中的二极管不工作在直流电路中，所以采用测量二极管两端直流电压降的方法不合适。
    这一电路中二极管出现故障的可能性较小，因为它们工作在小信号状态下。如果电路中有一只二极管出现开路故障时，电路就没有限幅作用，将会影响后级电路的正常工作。
    02二极管开关电路及故障处理
    开关电路是一种常用的功能电路，例如家庭中的照明电路中的开关，各种民用电器中的电源开关等。
    在开关电路中有两大类的开关：

    （1）机械式的开关，采用机械式的开关件作为开关电路中的元器件。
    （2）电子开关，所谓的电子开关，不用机械式的开关件，而是采用二极管、三极管这类器件构成开关电路。
    1．开关二极管开关特性说明
    开关二极管同普通的二极管一样，也是一个PN结的结构，不同之处是要求这种二极管的开关特性要好。
    当给开关二极管加上正向电压时，二极管处于导通状态，相当于开关的通态；当给开关二极管加上反向电压时，二极管处于截止状态，相当于开关的断态。二极管的导通和截止状态完成开与关功能。
    开关二极管就是利用这种特性，且通过制造工艺，开关特性更好，即开关速度更快，PN结的结电容更小，导通时的内阻更小，截止时的电阻很大。如表9-41所示是开关时间概念说明。
    开关时间概念说明
    2．典型二极管开关电路工作原理
    二极管构成的电子开关电路形式多种多样，如图所示是一种常见的二极管开关电路。

    通过观察这一电路，可以熟悉下列几个方面的问题，以利于对电路工作原理的分析：
    （1）了解这个单元电路功能是第一步。从图8-14所示电路中可以看出，电感L1和电容C1并联，这显然是一个LC并联谐振电路，是这个单元电路的基本功能，明确这一点后可以知道，电路中的其他元器件应该是围绕这个基本功能的辅助元器件，是对电路基本功能的扩展或补充等，以此思路可以方便地分析电路中的元器件作用。
    （2）C2和VD1构成串联电路，然后再与C1并联，从这种电路结构可以得出一个判断结果：C2和VD1这个支路的作用是通过该支路来改变与电容C1并联后的总容量大小，这样判断的理由是：C2和VD1支路与C1上并联后总电容量改变了，与L1构成的LC并联谐振电路其振荡频率改变了。所以，这是一个改变LC并联谐振电路频率的电路。
    03 关于二极管电子开关电路分析思路说明如下几点
    （1）电路中，C2和VD1串联，根据串联电路特性可知，C2和VD1要么同时接入电路，要么同时断开。如果只是需要C2并联在C1上，可以直接将C2并联在C1上，可是串入二极管VD1，说明VD1控制着C2的接入与断开。
    （2）根据二极管的导通与截止特性可知，当需要C2接入电路时让VD1导通，当不需要C2接入电路时让VD1截止，二极管的这种工作方式称为开关方式，这样的电路称为二极管开关电路。
    （3）二极管的导通与截止要有电压控制，电路中VD1正极通过电阻R1、开关S1与直流电压+V端相连，这一电压就是二极管的控制电压。
    （4）电路中的开关S1用来控制工作电压+V是否接入电路。根据S1开关电路更容易确认二极管VD1工作在开关状态下，因为S1的开、关控制了二极管的导通与截止。如表所示是二极管电子开关电路工作原理说明。
    二极管电子开关电路工作原理说明

    在上述两种状态下，由于LC并联谐振电路中的电容不同，一种情况只有C1，另一种情况是C1与C2并联，在电容量不同的情况下LC并联谐振电路的谐振频率不同。所以，VD1在电路中的真正作用是控制LC并联谐振电路的谐振频率。
    04 关于二极管电子开关电路分析细节说明下列二点
    （1）当电路中有开关件时，电路的分析就以该开关接通和断开两种情况为例，分别进行电路工作状态的分析。所以，电路中出现开关件时能为电路分析提供思路。
    （2）LC并联谐振电路中的信号通过C2加到VD1正极上，但是由于谐振电路中的信号幅度比较小，所以加到VD1正极上的正半周信号幅度很小，不会使VD1导通。
    3．故障检测方法和电路故障分析
    如图所示是检测电路中开关二极管时接线示意图，在开关接通时测量二极管VD1两端直流电压降，应该为0.6V，如果远小于这个电压值说明VD1短路，如果远大小于这个电压值说明VD1开路。另外，如果没有明显发现VD1出现短路或开路故障时，可以用万用表欧姆档测量它的正向电阻，要很小，否则正向电阻大也不好。

    如果这一电路中开关二极管开路或短路，都不能进行振荡频率的调整。开关二极管开路时，电容C2不能接入电路，此时振荡频率升高；开关二极管短路时，电容C2始终接入电路，此时振荡频率降低。
    4．同类电路工作原理分析
    同类电路工作原理分析

    05 二极管检波电路及故障处理
    如图所示是二极管检波电路。电路中的VD1是检波二极管，C1是高频滤波电容，R1是检波电路的负载电阻，C2是耦合电容。

    1．电路分析准备知识
    众所周知，收音机有调幅收音机和调频收音机两种，调幅信号就是调幅收音机中处理和放大的信号。见图中的调幅信号波形示意图，对这一信号波形主要说明下列几点：
    （1）从调幅收音机天线下来的就是调幅信号。
    （2）信号的中间部分是频率很高的载波信号，它的上下端是调幅信号的包络，其包络就是所需要的音频信号。
    （3）上包络信号和下包络信号对称，但是信号相位相反，收音机最终只要其中的上包络信号，下包络信号不用，中间的高频载波信号也不需要。
    2．电路中各元器件作用说明，如表9-43所示是元器件作用解说。
    元器件作用解说
    3．检波电路工作原理分析
    检波电路主要由检波二极管VD1构成。
    在检波电路中，调幅信号加到检波二极管的正极，这时的检波二极管工作原理与整流电路中的整流二极管工作原理基本一样，利用信号的幅度使检波二极管导通，如图所示是调幅波形展开后的示意图。

    从展开后的调幅信号波形中可以看出，它是一个交流信号，只是信号的幅度在变化。这一信号加到检波二极管正极，正半周信号使二极管导通，负半周信号使二极管截止，这样相当于整流电路工作一样，在检波二极管负载电阻R1上得到正半周信号的包络，即信号的虚线部分，见图中检波电路输出信号波形（不加高频滤波电容时的输出信号波形）。
    检波电路输出信号由音频信号、直流成分和高频载波信号三种信号成分组成，详细的电路分析需要根据三种信号情况进行展开。这三种信号中，最重要的是音频信号处理电路的分析和工作原理的理解。
    （1）所需要的音频信号，它是输出信号的包络，如图所示，这一音频信号通过检波电路输出端电容C2耦合，送到后级电路中进一步处理。
    （2）检波电路输出信号的平均值是直流成分，它的大小表示了检波电路输出信号的平均幅值大小，检波电路输出信号幅度大，其平均值大，这一直流电压值就大，反之则小。这一直流成分在收音机电路中用来控制一种称为中频放大器的放大倍数（也可以称为增益），称为AGC（自动增益控制）电压。AGC电压被检波电路输出端耦合电容隔离，不能与音频信号一起加到后级放大器电路中，而是专门加到AGC电路中。
    （3）检波电路输出信号中还有高频载波信号，这一信号无用，通过接在检波电路输出端的高频滤波电容C1，被滤波到地端。
    从检波电路中可以看出，高频滤波电容C1接在检波电路输出端与地线之间，由于检波电路输出端的三种信号其频率不同，加上高频滤波电容C1的容量取得很小，这样C1对三种信号的处理过程不同。
    （1）对于直流电压而言，电容的隔直特性使C1开路，所以检波电路输出端的直流电压不能被C1旁路到地线。
    （2）对于音频信号而言，由于高频滤波电容C1的容量很小，它对音频信号的容抗很大，相当于开路，所以音频信号也不能被C1旁路到地线。
    （3）对于高频载波信号而言，其频率很高，C1对它的容抗很小而呈通路状态，这样惟有检波电路输出端的高频载波信号被C1旁路到地线，起到高频滤波的作用。
    如图所示是检波二极管导通后的三种信号电流回路示意图。负载电阻构成直流电流回路，耦合电容取出音频信号。
    4．故障检测方法及电路故障分析
    对于检波二极管不能用测量直流电压的方法来进行检测，因这这种二极管不工作在直流电压中，所以要采用测量正向和反向电阻的方法来判断检波二极管质量。
    当检波二极管开路和短路时，都不能完成检波任务，所以收音电路均会出现收音无声故障。
    5．实用倍压检波电路工作原理分析
    如图所示是实用倍压检波电路，电路中的C2和VD1、VD2构成二倍压检波电路，在收音机电路中用来将调幅信号转换成音频信号。电路中的C3是检波后的滤波电容。通过这一倍压检波电路得到的音频信号，经耦合电容C5加到音频放大管中。
    实用倍压检波电路
    06 继电器驱动电路中二极管保护电路及故障处理
    继电器内部具有线圈的结构，所以它在断电时会产生电压很大的反向电动势，会击穿继电器的驱动三极管，为此要在继电器驱动电路中设置二极管保护电路，以保护继电器驱动管。
    继电器驱动电路中的二极管保护电路，电路中的J1是继电器，VD1是驱动管VT1的保护二极管，R1和C1构成继电器内部开关触点的消火花电路。
    二极管保护电路
    1．电路工作原理分析
    继电器内部有一组线圈，如图所示是等效电路，在继电器断电前，流过继电器线圈L1的电流方向为从上而下，在断电后线圈产生反向电动势阻碍这一电流变化，即产生一个从上而下流过的电流，见图中虚线所示。根据前面介绍的线圈两端反向电动势判别方法可知，反向电动势在线圈L1上的极性为下正上负，见图中所示。如表所示是这一电路中保护二极管工作原理说明。
    保护二极管工作原理说明
    2．故障检测方法和电路故障分析
    对于这一电路中的保护二极管不能采用测量二极管两端直流电压降的方法来判断检测故障，也不能采用在路测量二极管正向和反向电阻的方法，因为这一二极管两端并联着继电器线圈，这一线圈的直流电阻很小，所以无法通过测量电压降的方法来判断二极管质量。应该采用代替检查的方法。
    当保护二极管开路时，对继电器电路工作状态没有大的影响，但是没有了保护作用而很有可能会击穿驱动管；当保护二极管短路时，相当于将继电器线圈短接，这时继电器线圈中没有电流流过，继电器不能动作。