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[发布] 怎样理解二极管的钳位电路和稳压电路?

楼主
发表于 2017/10/27 9:04:06 | 只看该作者
才疏学浅,在百度看了俩小时资料,还是不是特别明白。
希望您可以用最简单最通俗易懂的文字解释下~
顺便阐述一下稳压电路和钳位电路的区别好啦~
多谢!!!!
1 楼
发表于 2017/11/20 | 只看该作者

要弄懂这个问题,必须理解二极管的伏安特性曲线。

先看第一象限的正向特性: 我们发现,当正向电压从零开始上升,在0.4V之前,二极管的正向电流很小。但从0.7V开始,电流迅速增加。

再看第二象限的反向特性: 我们发现,我们发现,反向电压一直到达-40V时,反向电流也即反向漏电流近乎为零。
这说明,二极管的正向电压大于0.7V后,其等效电阻很小,这叫做二极管的正向特性;二极管的反向特性是反向电阻很大。
我们来看下图: 我们先来看图1:
图1中,二极管处于正向接法,它的管压降是0.7V。因此,电阻R上的电压为:  那么流过电阻R的电流呢?  

现在我们再来看图2: 我们看到,两只二极管的正极都接到12V,因此两只二极管都属于正向接法。于是,D1二极管的正极应当是6 0.7V=6.7V,D2二极管的正极应当是2 0.7=2.7V。那么电路的输出端电压Usr到底是多少呢? 假设Usc=6.7V,于是二极管D2将处于正向接法。又因为二极管D2的压降是0.7V,因此二极管D2的正极将会被强制性地拉到2.7V。如此一来,二极管D1将处于反偏状态,即D1的负极电压比正极电压高。
注意:D2导通后,D1的正极变成2.7V,同时D1的负极是6V,因此D1被反向偏置而截止。

也就是说,输出电压Usc被强制性地钳位在2.7V。哪个电压低,电路的输出电压就是低电压再加上0.7V。
我们来看一个实例: 此图是一套用于控制晶闸管触发的电路。按图示我们能看到用正与门构成的钳位电路。三个输入端分别是测控端电压、PID控制和触发脉冲电路。

测控端电压电路正常输出是脉动直流,高电平的占空比较大;PID控制输出也是高的电平,而触发脉冲则输出正负交替的高电平脉冲。可见,在正常情况下,与门的输出由触发脉冲来决定,毕竟零电平也是脉冲的一部分。 可见,钳位电路的应用还是很广泛的。 再谈谈稳压二极管。

我们看上图的测控端电压电路: 设变压器的初级电压为380Vac,次级为24Vac,于是经过桥式整流后,其平均电压为0.9X24=21.6V,属于脉动直流。但实际计算时不能这样算,必须用最大值来计算。

我们知道稳压二极管工作在反向击穿区,见第一幅图的第三象限。它的曲线特点是:电流变化很大,但电压变化很小,这就是它的稳压原理。不过要注意:此时二极管处于反向接法,即稳压二极管工作在反向电压下。

设,上图中的稳压二极管稳定电压是12V,最大稳定电流是25毫安。我们先把电阻R2开路,来计算R1的值。  
故R1取值为820欧,功率为0.51W,取标称值1W。

此时稳压二极管两端的波形是什么样的?就是波形图中下部的绿色部分。在这里,稳压二极管起到给半波直流波形削头的作用。 现在,我们把R2接入,于是流过稳压二极管的电流变小了。但只要流过稳压二极管的电流仍然在它的稳定电流范围之内,则稳压二极管的稳压作用就能维持。

设稳压二极管的最小稳定电流为5毫安,则流过R2和R3的电流为25-5=20毫安。故R2 R3的取值为:  
实际上,我们看到R2 R3的和只要不低于600欧即可,故R2 R3的实际值会大于计算值。具体取值与我们的解答无关,此处忽略。

我们看到,晶体管T1的集电极也有一只稳压二极管D2,它的用途同样也是削幅,使得输出到后级的脉冲幅度最高值就等于稳压二极管的稳定电压。

================ 至此,二极管的钳位电路和稳压二极管的用途都讲完了。不知道这算不算简单描述? 且听题主的评论吧。

2 楼
发表于 2017/11/20 | 只看该作者

要弄懂这个问题,必须理解二极管的伏安特性曲线。 
v2-1ca556d1485fbcbe2403a168bc8c2f88_hd.jpg

先看第一象限的正向特性: 我们发现,当正向电压从零开始上升,在0.4V之前,二极管的正向电流很小。但从0.7V开始,电流迅速增加。 


再看第二象限的反向特性: 我们发现,我们发现,反向电压一直到达-40V时,反向电流也即反向漏电流近乎为零。 
这说明,二极管的正向电压大于0.7V后,其等效电阻很小,这叫做二极管的正向特性;二极管的反向特性是反向电阻很大。 
我们来看下图: 我们先来看图1: 
v2-358099a8a32ce7c9013ef8354b939ac9_hd.jpg

图1中,二极管处于正向接法,它的管压降是0.7V。因此,电阻R上的电压为:  那么流过电阻R的电流呢?  


现在我们再来看图2: 我们看到,两只二极管的正极都接到12V,因此两只二极管都属于正向接法。于是,D1二极管的正极应当是6 0.7V=6.7V,D2二极管的正极应当是2 0.7=2.7V。那么电路的输出端电压Usr到底是多少呢? 假设Usc=6.7V,于是二极管D2将处于正向接法。又因为二极管D2的压降是0.7V,因此二极管D2的正极将会被强制性地拉到2.7V。如此一来,二极管D1将处于反偏状态,即D1的负极电压比正极电压高。 


注意:D2导通后,D1的正极变成2.7V,同时D1的负极是6V,因此D1被反向偏置而截止。 
也就是说,输出电压Usc被强制性地钳位在2.7V。哪个电压低,电路的输出电压就是低电压再加上0.7V。 
我们来看一个实例:
v2-83e7e1d52f7c7d7171ab8a62da7201d4_hd.jpg
此图是一套用于控制晶闸管触发的电路。按图示我们能看到用正与门构成的钳位电路。三个输入端分别是测控端电压、PID控制和触发脉冲电路。 


测控端电压电路正常输出是脉动直流,高电平的占空比较大;PID控制输出也是高的电平,而触发脉冲则输出正负交替的高电平脉冲。可见,在正常情况下,与门的输出由触发脉冲来决定,毕竟零电平也是脉冲的一部分。 可见,钳位电路的应用还是很广泛的。 再谈谈稳压二极管。 


我们看上图的测控端电压电路: 设变压器的初级电压为380Vac,次级为24Vac,于是经过桥式整流后,其平均电压为0.9X24=21.6V,属于脉动直流。但实际计算时不能这样算,必须用最大值来计算。 


我们知道稳压二极管工作在反向击穿区,见第一幅图的第三象限。它的曲线特点是:电流变化很大,但电压变化很小,这就是它的稳压原理。不过要注意:此时二极管处于反向接法,即稳压二极管工作在反向电压下。 

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设,上图中的稳压二极管稳定电压是12V,最大稳定电流是25毫安。我们先把电阻R2开路,来计算R1的值。  
TIM截图20171120123006.png

故R1取值为820欧,功率为0.51W,取标称值1W。 
此时稳压二极管两端的波形是什么样的?就是波形图中下部的绿色部分。在这里,稳压二极管起到给半波直流波形削头的作用。 现在,我们把R2接入,于是流过稳压二极管的电流变小了。但只要流过稳压二极管的电流仍然在它的稳定电流范围之内,则稳压二极管的稳压作用就能维持。 
设稳压二极管的最小稳定电流为5毫安,则流过R2和R3的电流为25-5=20毫安。故R2 R3的取值为:  
TIM截图20171120123019.png

实际上,我们看到R2 R3的和只要不低于600欧即可,故R2 R3的实际值会大于计算值。具体取值与我们的解答无关,此处忽略。 

我们看到,晶体管T1的集电极也有一只稳压二极管D2,它的用途同样也是削幅,使得输出到后级的脉冲幅度最高值就等于稳压二极管的稳定电压。 

================ 至此,二极管的钳位电路和稳压二极管的用途都讲完了。不知道这算不算简单描述? 且听题主的评论吧。


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