1.3　半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用

二極管的單向?qū)щ娞匦允顾陔娮与娐分械玫搅藦V泛的應(yīng)用。下面介紹一些二極管在模擬電子電路中的基本應(yīng)用。

1.3.1　整流電路

利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕梢詫⒔涣麟娮儞Q為單向脈動直流電，完成整流作用。完成整流功能的電路稱為整流電路。根據(jù)交流電的相數(shù)，整流電路可分為單相整流和三相整流。而以電路形式區(qū)分，整流電路有半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路等，其中單相橋式整流電路在小型電子設(shè)備或小功率電路中使用較為廣泛，單相橋式整流電路如圖1.11所示。

注意

為簡化分析，二極管采用理想二極管，即正向電壓作用時，作為短路處理；反向電壓作用時，作為開路處理。

1.工作原理

由圖1.11可知，在u2的正半周期間，a端為正，b端為負，二極管VD1、VD3正偏導(dǎo)通，VD2、VD4反偏截止?；芈分须娏鞯耐窞椋?span id="usnxkn2" class="italic">a→VD1→c→RL→d→VD3→b。負載RL中的電流io及其兩端電壓uo的波形如圖1.12中0～π區(qū)間所示。

在u2的負半周期間，a端為負，b端為正，二極管VD2、VD4正偏導(dǎo)通，VD1、VD3反偏截止?；芈分须娏鞯耐窞椋?span id="t1va7nz" class="italic">b→VD2→c→RL→d→VD4→a。負載RL中的電流io及其兩端電壓uo的波形如圖1.12中π～2π所示。

通過上述分析可知，在u2的整個周期內(nèi)，RL上都獲得極性一定，但大小變動的脈動直流電壓和脈動直流電流。

請用實驗來測試圖1.11所示電路的整流功能（或用Multisim軟件仿真）。

2.參數(shù)計算

單相橋式整流電路的整流電壓的平均值，即輸出電壓uo的直流分量UO（AV）為

　

?。?.2）

負載電阻RL中的直流電流IO（AV）（即負載電流平均值）為

　?。?.3）

單相橋式整流電路中，每兩個二極管串聯(lián)后在u2的正、負半周輪流導(dǎo)通，因此，流過每個二極管的電流相等且為負載中平均電流的一半，即

　?。?.4）

當(dāng)VD1、VD3導(dǎo)通時，在理想條件下，VD2、VD4的陰極與a端是等電位的點，VD2、VD4的陽極與b端是等電位的點，因此其兩端的最高反向工作電壓即為交流電壓u2的最大值；同理，當(dāng)VD2、VD4導(dǎo)通時，在理想條件下，VD1、VD3的陰極與b端是等電位的點，VD1、VD3的陽極與a端是等電位的點，因此其兩端的最高反向工作電壓也為交流電壓u2的最大值，即

　?。?.5）

在工程應(yīng)用中，上述式（1.4）和式（1.5）作為選用二極管的依據(jù)。

1.3.2　檢波電路

在通信、廣播、電視及測量儀器中，常常用二極管檢波。以廣播系統(tǒng)為例，為了使頻率較低的語音信號能遠距離傳輸，往往用表達語音信號的電壓波形去控制頻率一定的高頻正弦波電壓的幅度，稱為調(diào)制。調(diào)制后的高頻信號經(jīng)天線可以發(fā)送到遠方。這種幅度被調(diào)制的調(diào)制波被收音機輸入調(diào)諧回路“捕獲”后，經(jīng)放大，可由檢波電路檢出調(diào)制的語音信號。圖1.13所示為二極管檢波電路及工作波形。

1.3.3　限幅電路

利用二極管的單向?qū)щ娞匦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點，可以組成限幅電路（或稱削波電路），用來限制輸出電壓的幅度。圖1.14所示為雙向限幅電路，設(shè)二極管為理想二極管，輸入信號ui是幅值為15V的正弦波。

當(dāng)輸入信號ui為正半周、且大于10V時，VD1導(dǎo)通，VD2截止，輸出電壓被限定在10V；當(dāng)輸入信號ui為負半周、且小于-10V時，VD2導(dǎo)通，VD1截止，輸出電壓被限定在-10V；當(dāng)輸入信號ui在-10～+10V之間變化時，VD1和VD2均截止，uo=ui?？梢?，電路把輸出電壓限制在±10V的范圍之內(nèi)。

請用實驗來測試圖1.14所示電路的限幅功能（或用Multisim軟件仿真）。

思考題

1.某單相橋式整流電路的輸入是峰值為20V的正弦波，則輸出電壓的峰值是多少？

2.橋式整流電路中的一個二極管開路對輸出會有什么影響？

3.如果橋式整流電路中的一個二極管短路，會有什么可能的結(jié)果？

4.整流的直流電壓小于其應(yīng)該具有的值，可能的問題是什么？

5.說明檢波電路、限幅電路的作用。