二极管限幅电路

2.3二极管限幅电路

所谓限幅电路是限制信号输出幅度的电路，它能按限定的范围削平信号电压的波形幅度，是用来限制信号电压范围的电路，又称限幅器、削波器等。限幅电路应用非常广泛，常用于整形、波形变换、过压保护等电路。

限幅电路按功能分为上限幅电路、下限幅电路和双向限幅电路三种。上限幅电路在输入电压高于某一上限电平时产生限幅作用；下限幅电路在输入电压低于某一下限电平时产生限幅作用；双向限幅电路则在输入电压过高或过低的两个方向上均产生限幅作用。

1、二极管下限幅电路

在下图所示的限幅电路中，因二极管是串在输入、输出之间，故称它为串联限幅电路。图中，若二极管具有理想的开关特性，那么，当i u 低于E 时，D 不导通，o u ＝E ；当u ｉ高于E 以后，D 导通，o u ＝i u 。该限幅器的限幅特性如图所示，当输入振幅大于E 的正弦波时，输出电压波形见。可见，该电路将输出信号的下限电平限定在某一固定值E 上，所以称这种限幅器为下限幅器。如将图中二极管极性对调，则得到将输出信号上限电平限定在某一数值上的上限幅器。

D

u u i

u O

幅限特性

2、二极管上限幅电路

在下图所示二极管上限限幅电路中，当输入信号电压低于某一事先设计好的上限电压时，输出电压将随输入电压而增减；但当输入电压达到或超过上限电压时，输出电压将保持为一个固定值，不再随输入电压而变，这样，信号幅度即在输出端受到限制。

u u 3、二极管双向限幅电路

将上、下限幅器组合在一起，就组成了如图所示的双向限幅电路。

u

E

u 2.4稳压二极管电路

1、稳压二极管的基本特性

稳压二极管是一种用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，这种管子的掺杂度高，击穿电压值低，正向特性和普通二极管一样。当反向电压加到某一定值时，反向电流剧增，产生反向击穿，反向击穿特性很陡峭。击穿时通过管子的电流在很大范围内变化，而管子两端的电压却如图（b ）所示几乎不变，稳压二极管就是利用这一特性来实现稳压的。

可见，稳压管就是工作在反向击穿状态下的硅二极管，因此，在使用时，稳压管必须反向偏置；另外，稳压管可以串联使用，一般不能并联使用，因为并联有时会因电流分配不匀而引起管

子过载损坏。稳压管的符号如图（a ）所示。

/V

(a)D

阴极(接电源正极)

阴极(接电源负极)

主要参数：

（1）稳定电压Z U ：Z U 就是稳压管的反向击穿电压。相当于图（b ）中特性曲线AB 段间的Z I 对应的电压值，由于晶体管参数的分散性，即使同一型号的管子，Z U 的值也有不同。例如，2CW75管的Z U 值为10~11.8V ，是指该管的稳定电压是10~11.8V 范围内的某一数值，而不是指2CW75管的稳定电压在10~11.8V 之间变化。

（2）稳压电流Z I ：Z I 是指稳压管维持稳定电压的工作电流。手册中规定有最小测试电流min Z I （

1Z I ）和正常测试电流Z I （2Z I ）两项，通常在实际应用中取Z I 值作为标称值。

（3）最大稳定电流max Z I ：最大电流是稳压二极管允许通过的最大反向电流。稳压管工作时的电流应小于这个电流，若超过这个值，管子会因电流过大造成管子过热而损坏；正常工作时，min Z I ＜I ＜max Z I 。

（4）最大耗散功率max Z P ：max Z P 是指稳压管不致因过热而损坏的最大耗散功率。

max max

Z Z Z P U I =×（5）动态电阻z r ：z r 是反映稳压管稳压性能好坏的一个参数。它等于稳压管两端电压的变化量和

对应的电流变化量之比，即

z z

z I U r ∆∆=

；动态电阻越小，说明曲线越陡，稳压管的稳压性能越好。

2、二极管稳压电路

稳压管稳压电路如图（a ）所示，由稳压管D 和限流电阻R 组成，稳压管在电路中应为反向偏置，它与负载电阻R L 并联后，再与限流电阻串联，属于并联型稳压电路。

(b)

(a)工作原理：

（1）负载电阻R L 不变：当负载电阻不变，电网电压上升时，将使i U 增加，o U 随之增加，由

稳压管的伏安特性可知，稳压管的电流z I 就会显著增加，结果使流过电阻R 的电压增大，从而使增大了的负载电压o U 的数值有所减小，即o i R U U U =−。如果电阻R 的阻值选择适当，最终可使o U 基本上保持不变。上述稳压过程可表示如下：

U i →U o ↑→I Z ↑→I R ↑

U o ↓←U R ↑←

同理，如果交流电源电压降低使o U 减小时，电压i U 也减小，因此稳压管的电流z I 显著减小，结果使通过限流电阻R 的电流R I 减小，R I 的减小使R 上的压降减小，结果使负载电压L U 数值有所增加，从而使输出电压基本不变。

（2）电源电压不变：假设电网电压保持不变，负载电阻L R 减小，L I 增大时，由于电流在R

上的压降升高，输出电压o U 将下降。由于稳压管并联在输出端，由伏安特性可看出，当稳压管两端的电压有所下降时，电流L I 将急剧减小，而R Z L I I I =+，所以R I 基本维持不变，R 上的电压

也就维持不变，从而得到输出基本维持不变。上述稳压过程表示如下：

R L ↓

→I L ↑→I R ↑→U O ↓

U O 当负载电阻增大时，稳压过程相反。

3、稳压管稳压电路限流电阻和稳压管的选择

（1）稳压电路中的稳定电压应按负载电压选取，即Z o U U =；如果一个管子的稳压值不够，可以用两个或多个稳压管串联；稳压管的最大稳定电流max Z I 大致上应该比最大负载电流max L I 大两倍以上，即max Z I ≥2max L I 。

（2）限流电阻R 的大小应该满足两个条件（两种极端情况）；首先，当直流输入电压最低（Im in U ）而负载电流最大时，流过稳压管的电流应该大于稳压管的稳定电流Z I ，即

由上式得出

注意硅稳压管稳压电路限流电阻和稳压管的选择，同时，当直流输入电压最高（Im ax U ）而负载电流最小时，流过稳压管的电流不应该超过稳压管的最大稳定电流max Z I ，即

max

min 0

max 1Z L I I R

U U ≤−−即

0Imax Z max L min

U U R I I −≥

+或

Z

L in I I R

U U ≥−−max 0

Im max

Im min max 0Im L Z in

L Z ax I I U U R I I U U +−≤≤+−max

0Im L Z in I I U U R +−≤