“斷路法”分析二極管電路工作狀態(tài) 4 例

　　二級管不是線性元什，對其構(gòu)成的鼙流、限幅、續(xù)流保護(hù)、低壓穩(wěn)壓、門電路等電路進(jìn)行分忻時可以采用二極管的理想模型 ( 正向?qū)〞r視為短路，反向截止時視為開路 ) 或恒壓降饃型 ( 止向?qū)〞r視為恒壓源，反向截止時視為開路 ) ，還可以采用折線模型 ( 正向?qū)〞r視為恒壓源串聯(lián)一小電阻，反向截止時視為開路 ) 。不管采用哪種等效模型，關(guān)鍵在于分忻出二極管在電路中的上作狀態(tài)到底處于正向?qū)ㄟ€是處于反向截止．當(dāng)電路中有多個二極管或有交流信號時二極管的工作狀態(tài)并不能很直觀地判斷出來。

　　本文所述“斷路法”能快速判斷出二極管的工作狀態(tài)，其核心思想是先將昕有二極管從電路中斷開，分折這種情況下各二極管的正向壓降：例如，理想模犁時正向壓降大于零時二極管導(dǎo)通，否則截止。若電路中有多個二極管，斷路時正向壓降最高的二極管優(yōu)先導(dǎo)通，再把已分忻出導(dǎo)通的二圾管放回電路，重新分忻其他二圾管斷路時的正向壓降 ( 依舊遵循正向壓降最高的優(yōu)先導(dǎo)通 ) ，直到所有二極管狀態(tài)分析完。對有交流信號時二極管的工作狀態(tài)，同樣的分析過程要用在不同的電壓值范圍。下面以幾個例題來說明該方法的陵用 ( 二極管工作狀態(tài)分析采用理想模型 ) 。

　　【例 1] 判斷圖 1 中二極管的狀態(tài)并求 P 點電位。

　　圖 1 是只有一個 _ 二極管的情況。按“斷路法”進(jìn)行分析，先將二極管從電路中斷開，斷開后，左 (N) 、右 (P) 各自構(gòu)成獨立的回路。 N 點電位為 2k Ω電阻上的壓降加 5k Ω電阻上的壓降： VN=-10x2 ／ 20 十 15x5 ／ 30=1 ． 5(V) ； P 點電位為 10k Ω電阻上的壓降： VP=15x10/150=1(V) ，可知二極管 D 承受的正向壓降 UPN=-O ． 5V ，故該二極管截止 (P 點電位為 1V) 。

　　【例 2 】求圖 2 中 N 點電位 ( 已知 V1=5V ， Vz=3V) 。

　　圖 2 是有兩個二極管的情況 ( 為門電路 ) 。先將二極管 D1 、 D2 都斷開，這時， A 點電位 VA=V1=5V ； B 點電位 VB=V2=3V ； N 點電位 VN=OV ，則 D1 承受的正向壓降 UAN=5V ； D2 承受的正向壓降 UHN=3V ， D1 承受的正向壓降更大，故其優(yōu)先導(dǎo)通，將其放回原電路后相當(dāng)于短路 ( 如圖 3) ，這時 N 點電位變?yōu)?VN=V1 x9 ／ 10=4 ． 5V ； D2 承受的正向壓降 UBN=3V-4 ． 5V=-1 ． 5V( 為負(fù) ) ，故 D2 截止，收回原電路后相當(dāng)于斷路 ( 如圖 3) ，所以 N 點電位為 4 ． 5V 。

　　【例 3 】求圖 4 中的輸出波形 uo( 已知輸入 ui=10sin ω tV) 。

　　圖 4 是有交流信號的情況 ( 為雙限幅電路 ) 。先找出需分別進(jìn)行分忻的電壓值范圍：同樣按“斷路法”，斷開 D1 、 D2 ，這時 VA=ui10sin ω tV ， VlF5V ， Vc= － 3V( 以交流負(fù)極為參考點 ) ，所以，若 ui>5V ，則 D1 承受正壓；若 ui5V ，則 D1 承受負(fù)壓；若 ui-3V ，則 D2 承受正壓。若 ui>-3V ，則 D2 承受負(fù)壓，故綜合得到： ui>5V 時， D1 承受正壓， D2 承受負(fù)壓；一 3Vui5V 時， Dl 、 D2 均承受負(fù)壓； ui-3V ． D2 承受正壓。 D1 承受負(fù)壓 ( 記?。哼@時二極管承受的電壓是指所有二極管斷路時的情況，若在某一電壓范圍，有一只二極管導(dǎo)通的話，放回電路就會改變電路中各點的電位，需重新分析其他二極管所承受的壓降 ) ，這樣根據(jù)斷路時的情況輸入電壓需分為三段來分別進(jìn)行 D1 、 D2 狀態(tài)的分析。以 ui 一 3V 這一電壓范圍為例．這時 D2 承受正壓導(dǎo)通，將其放回電路后相當(dāng)于短路，則 VA 為 -3V ，這樣 D1 承受的正向壓降為 -8V ．放回電路后依舊為截止，則輸出 UO=-3V ；同理，當(dāng) -3Vui5V 時， Dl 、 D2 均截止；當(dāng) uo=ui ； ui>5V 時 D1 導(dǎo)通， D2 截止； uo=-5V ，再據(jù)此即可畫出輸出 uo 的波形。

　　【例 4 】求圖 5 中的輸出波形 uo 與輸入波形 ui 的關(guān)系。

　　圖 5 也是雙限幅電路，同樣先找出需分別進(jìn)行分析的電壓值范圍。按“斷路法”斷開 D1 、 D2 后， VA=ui ， VB=20V ， Vc=80V( 以電源負(fù)極為參考點 ) 。根據(jù) UAB>0 ， UCB>0 時， D1 、 D2 承受正壓，得出輸入電壓需分為： ui>20V(D1 、 D2 均承受正壓 ) ； ui20V(D1 承受負(fù)壓、 D2 承受正壓 ) 二段來分別進(jìn)行 D1 、 D2 實際狀態(tài)的分析： 1 ．當(dāng) ui20V 時， D2 承受正壓． D1 承受負(fù)壓，： D2 導(dǎo)通后，等效電路如圖 6 ， VB=100x(80-20) ／ 300+20=40V ，而 ui20V ，故 D1 放回后依舊截止； 2 ．當(dāng) ui>20V 時，斷路時 D1 、 D2 均承受正壓。這時需分析哪個承受的正壓更大，會優(yōu)先導(dǎo)通： 1) 由于斷路時 D2 承受的正向壓降 UCB 為 60V, 當(dāng) ui>80V 斷路時 UAB 大于 UCB 故 D1 優(yōu)先導(dǎo)通，導(dǎo)通后 B 點電位等于 A 點且大于 80V ．所以 D2 截止。 2) 當(dāng) ui80V 時，斷路電壓 UAB 小于 UCB 故 D2 優(yōu)先導(dǎo)通，等效電路依舊如圖 6 ， VB=40V ，這時 D1 導(dǎo)通還是截止，取決于 ui ，若 ui40V ，則 D1 截止；若 ui>40V ，則 D1 導(dǎo)通。

　　綜上所述可以得到：若 ui40V ， D1 截止， D2 導(dǎo)通， uo=40V ；當(dāng) 40Vui80V ， D1 導(dǎo)通， D2 導(dǎo)通， UO=ui ；當(dāng) ui>80V ， D1 導(dǎo)通， D2 截止。 uo=80V 。據(jù)此畫出輸出 u0 與輸入 ui 的波形如圖 7 。由圖 7 可知它將輸入 ui 的大于 80V 及小于 40V 的值截平以后輸出，故為雙限幅電路。