模拟设计分析思路及硬件知识准备
3 二极管控制电路及故障处理
二极管导通之后，它的正向电阻大小随电流大小变化而有微小改变，正向电流愈大，正向电阻愈小；反之则大。利用二极管正向电流与正向电阻之间的特性，可以构成一些自动控制电路。如图3.1所示是一种由二极管构成的自动控制电路，又称alc电路（自动电平控制电路），它在磁性录音设备中（如卡座）的录音电路中经常应用。
图3.1 二极管构成的自动控制电路
3.1 电路分析准备知识说明
二极管的单向导电特性只是说明了正向电阻小、反向电阻大，没有说明二极管导通后还有哪些具体的特性。
二极管正向导通之后，它的正向电阻大小还与流过二极管的正向电流大小相关。尽管二极管正向导通后的正向电阻比较小（相对反向电阻而言），但是如果增加正向电流，二极管导通后的正向电阻还会进一步下降，即正向电流愈大，正向电阻愈小，反之则大。
不熟悉电路功能对电路工作原理很不利，在了解电路功能的背景下能有的放矢地分析电路工作原理或电路中某元器件的作用。
alc电路在录音机、卡座的录音卡中，录音时要对录音信号的大小幅度进行控制，了解下列几点具体的控制要求有助于分析二极管vd1自动控制电路。
（1）在录音信号幅度较小时，不控制录音信号的幅度。
（2）当录音信号的幅度大到一定程度后，开始对录音信号幅度进行控制，即对信号幅度进行衰减，对录音信号幅度控制的电路就是alc电路。
（3）alc电路进入控制状态后，要求录音信号愈大，对信号的衰减量愈大。
通过上述说明可知，电路分析中要求自己有比较全面的知识面，这需要在不断的学习中日积月累。
3.2．电路工作原理分析思路说明关于这一电路工作原理的分析思路主要说明下列几点：
（1）如果没有vd1这一支路，从第一级录音放大器输出的录音信号全部加到第二级录音放大器中。但是，有了vd1这一支路之后，从第一级录音放大器输出的录音信号有可能会经过c1和导通的vd1流到地端，形成对录音信号的分流衰减。
（2）电路分析的第二个关键是vd1这一支路对第一级录音放大器输出信号的对地分流衰减的具体情况。显然，支路中的电容c1是一只容量较大的电容（c1电路符号中标出极性，说明c1是电解电容，而电解电容的容量较大），所以c1对录音信号呈通路，说明这一支路中vd1是对录音信号进行分流衰减的关键元器件。
（3）从分流支路电路分析中要明白一点：从第一级录音放大器输出的信号，如果从vd1支路分流得多，那么流入第二级录音放大器的录音信号就小，反之则大。
（4）vd1存在导通与截止两种情况，在vd1截止时对录音信号无分流作用，在导通时则对录音信号进行分流。
（5）在vd1正极上接有电阻r1，它给vd1一个控制电压，显然这个电压控制着vd1导通或截止。所以，r1送来的电压是分析vd1导通、截止的关键所在。分析这个电路最大的困难是在vd1导通后，利用了二极管导通后其正向电阻与导通电流之间的关系特性进行电路分析，即二极管的正向电流愈大，其正向电阻愈小，流过vd1的电流愈大，其正极与负极之间的电阻愈小，反之则大。
3.3 控制电路的一般分析方法说明
对于控制电路的分析通常要分成多种情况，例如将控制信号分成大、中、小等几种情况。就这一电路而言，控制电压ui对二极管vd1的控制要分成下列几种情况。
（1）电路中没有录音信号时，直流控制电压ui为0，二极管vd1截止，vd1向电阻愈小，流过vd1的电流愈大，其正极与负极之间的电阻愈小，反之则大。
3.3 控制电路的一般分析方法说明
对于控制电路的分析通常要分成多种情况，例如将控制信号分成大、中、小等几种情况。就这一电路而言，控制电压ui对二极管vd1的控制要分成下列几种情况。
（1）电路中没有录音信号时，直流控制电压ui为0，二极管vd1截止，vd1和电路故障分析对于这一电路中的二极管故障检测最好的方法是进行代替检查，因为二极管如果性能不好也会影响到电路的控制效果。
当二极管vd1开路时，不存在控制作用，这时大信号录音时会出现声音一会儿大一会儿小的起伏状失真，在录音信号很小时录音能够正常。
当二极管vd1击穿时，也不存在控制作用，这时录音声音很小，因为录音信号被击穿的二极管vd1分流到地了。
4 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4.1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。
图4.1 二极管限幅电路
4.1 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。
4.2 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程度，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4.2所示是电路中集成电路a1的①脚上信号波形示意图。
图4.2 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。
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图3.1 二极管构成的自动控制电路
3.1 电路分析准备知识说明
二极管的单向导电特性只是说明了正向电阻小、反向电阻大，没有说明二极管导通后还有哪些具体的特性。
二极管正向导通之后，它的正向电阻大小还与流过二极管的正向电流大小相关。尽管二极管正向导通后的正向电阻比较小（相对反向电阻而言），但是如果增加正向电流，二极管导通后的正向电阻还会进一步下降，即正向电流愈大，正向电阻愈小，反之则大。
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alc电路在录音机、卡座的录音卡中，录音时要对录音信号的大小幅度进行控制，了解下列几点具体的控制要求有助于分析二极管vd1自动控制电路。
（1）在录音信号幅度较小时，不控制录音信号的幅度。
（2）当录音信号的幅度大到一定程度后，开始对录音信号幅度进行控制，即对信号幅度进行衰减，对录音信号幅度控制的电路就是alc电路。
（3）alc电路进入控制状态后，要求录音信号愈大，对信号的衰减量愈大。
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（1）如果没有vd1这一支路，从第一级录音放大器输出的录音信号全部加到第二级录音放大器中。但是，有了vd1这一支路之后，从第一级录音放大器输出的录音信号有可能会经过c1和导通的vd1流到地端，形成对录音信号的分流衰减。
（2）电路分析的第二个关键是vd1这一支路对第一级录音放大器输出信号的对地分流衰减的具体情况。显然，支路中的电容c1是一只容量较大的电容（c1电路符号中标出极性，说明c1是电解电容，而电解电容的容量较大），所以c1对录音信号呈通路，说明这一支路中vd1是对录音信号进行分流衰减的关键元器件。
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（4）vd1存在导通与截止两种情况，在vd1截止时对录音信号无分流作用，在导通时则对录音信号进行分流。
（5）在vd1正极上接有电阻r1，它给vd1一个控制电压，显然这个电压控制着vd1导通或截止。所以，r1送来的电压是分析vd1导通、截止的关键所在。分析这个电路最大的困难是在vd1导通后，利用了二极管导通后其正向电阻与导通电流之间的关系特性进行电路分析，即二极管的正向电流愈大，其正向电阻愈小，流过vd1的电流愈大，其正极与负极之间的电阻愈小，反之则大。
3.3 控制电路的一般分析方法说明
对于控制电路的分析通常要分成多种情况，例如将控制信号分成大、中、小等几种情况。就这一电路而言，控制电压ui对二极管vd1的控制要分成下列几种情况。
（1）电路中没有录音信号时，直流控制电压ui为0，二极管vd1截止，vd1向电阻愈小，流过vd1的电流愈大，其正极与负极之间的电阻愈小，反之则大。
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图4.1 二极管限幅电路
4.1 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。
4.2 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程度，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4.2所示是电路中集成电路a1的①脚上信号波形示意图。
图4.2 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。
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