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二極管

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路 - 信號處理電子電路圖

發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:126


二極管作為電子元件中具有兩個電極的元件,它的電流流向只有單向。二極管鉗位電路的鉗位之意,就是鉗制輸入電壓峰值在預(yù)定電平輸出電壓,此過程不會改變信號。而二極管穩(wěn)壓電路因使用穩(wěn)壓二極管,俗稱穩(wěn)壓管或齊納管。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管利用pn結(jié)反向擊穿狀態(tài),能夠在電壓保持不變的情況下,允許電流在一定的大范圍內(nèi)變化。

對于鉗位電路二極管跟穩(wěn)壓電路二極管很多人看了資料卻依舊無法理解。其實,要理解穩(wěn)壓及鉗位電路二極管,需要先弄懂二極管伏安特性曲線。

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

先看第一象限的正向特性

我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)正向電壓從零開始上升,在0.4V之前,二極管的正向電流很小。但從0.7V開始,電流迅速增加。

再看第二象限的反向特性:

我們發(fā)現(xiàn),我們發(fā)現(xiàn),反向電壓一直到達(dá)-40V時,反向電流也即反向漏電流近乎為零。

這說明,二極管的正向電壓大于0.7V后,其等效電阻很小,這叫做二極管的正向特性;二極管的反向特性是反向電阻很大。

我們來看下圖:

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

我們先來看圖1:

圖1中,二極管處于正向接法,它的管壓降是0.7V。因此,電阻R上的電壓為:

UR=6-0.7=5.3V

那么流過電阻R的電流呢?

IR=5.3/5.1=1.04mA

現(xiàn)在我們再來看圖2:

我們看到,兩只二極管的正極都接到12V,因此兩只二極管都屬于正向接法。于是,D1二極管的正極應(yīng)當(dāng)是6+0.7V=6.7V,D2二極管的正極應(yīng)當(dāng)是2+0.7=2.7V。那么電路的輸出端電壓Usr到底是多少呢?

假設(shè)Usc=6.7V,于是二極管D2將處于正向接法。又因為二極管D2的壓降是0.7V,因此二極管D2的正極將會被強制性地拉到2.7V。如此一來,二極管D1將處于反偏狀態(tài),即D1的負(fù)極電壓比正極電壓高。

注意:D2導(dǎo)通后,D1的正極變成2.7V,同時D1的負(fù)極是6V,因此D1被反向偏置而截止。

也就是說,輸出電壓Usc被強制性地鉗位在2.7V。哪個電壓低,電路的輸出電壓就是低電壓再加上0.7V。

我們來看一個實例:

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

此圖是一套用于控制晶閘管觸發(fā)的電路。按圖示我們能看到用正與門構(gòu)成的鉗位電路。三個輸入端分別是測控端電壓、PID控制和觸發(fā)脈沖電路。

測控端電壓電路正常輸出是脈動直流,高電平的占空比較大;PID控制輸出也是高的電平,而觸發(fā)脈沖則輸出正負(fù)交替的高電平脈沖??梢?,在正常情況下,與門的輸出由觸發(fā)脈沖來決定,畢竟零電平也是脈沖的一部分。

可見,鉗位電路的應(yīng)用還是很廣泛的。

再談?wù)劮€(wěn)壓二極管。

我們看上圖的測控端電壓電路:

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

設(shè)變壓器的初級電壓為380Vac,次級為24Vac,于是經(jīng)過橋式整流后,其平均電壓為0.9X24=21.6V,屬于脈動直流。但實際計算時不能這樣算,必須用最大值來計算。

我們知道穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū),見第一幅圖的第三象限。它的曲線特點是:電流變化很大,但電壓變化很小,這就是它的穩(wěn)壓原理。不過要注意:此時二極管處于反向接法,即穩(wěn)壓二極管工作在反向電壓下。

設(shè),上圖中的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓是12V,最大穩(wěn)定電流是25毫安。我們先把電阻R2開路,來計算R1的值。

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

故R1取值為820歐,功率為0.51W,取標(biāo)稱值1W。

此時穩(wěn)壓二極管兩端的波形是什么樣的?就是波形圖中下部的綠色部分。在這里,穩(wěn)壓二極管起到給半波直流波形削頭的作用。

現(xiàn)在,我們把R2接入,于是流過穩(wěn)壓二極管的電流變小了。但只要流過穩(wěn)壓二極管的電流仍然在它的穩(wěn)定電流范圍之內(nèi),則穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用就能維持。

設(shè)穩(wěn)壓二極管的最小穩(wěn)定電流為5毫安,則流過R2和R3的電流為25-5=20毫安。故R2+R3的取值為:

快速理解二極管中的鉗位電路及穩(wěn)壓電路

實際上,我們看到R2+R3的和只要不低于600歐即可,故R2+R3的實際值會大于計算值。具體取值與我們的解答無關(guān),此處忽略。

我們看到,晶體管T1的集電極也有一只穩(wěn)壓二極管D2,它的用途同樣也是削幅,使得輸出到后級的脈沖幅度最高值就等于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。



工頻干擾使我們在開發(fā)設(shè)計之中常見的現(xiàn)象,工頻干擾為何會產(chǎn)生?如何解決呢?下文給你帶來詳細(xì)介紹。

工頻干擾產(chǎn)生原因

示波器的低頻輸入阻抗是很高的。對于高頻信號,由于輸入電容的容抗下降,輸入阻抗就會下降。由于示波器探頭的饋線較長,所以,雖然外層是具有屏蔽層的同軸電纜,但對于丁頻這么低的頻率,幾乎沒有屏蔽作用。于是,對于工頻來說,探頭的饋線就相當(dāng)于“天線”,會撿拾工頻電磁波中的電場干擾,在顯示屏上顯示出工頻干擾的波形,且幅度很大(可達(dá)十幾伏特)。

如果將探頭的探針與地線短接,則顯示屏上的波形就會消失。這是因為線間的阻抗下降到零阻抗。實際上,凡是低頻高阻抗的測量儀器,都會對工頻干擾產(chǎn)生反應(yīng)(T頻干擾本身也是很強的干擾源)。

為什么會有工頻干擾_工頻干擾產(chǎn)生原因及解決方案

那么,在用示波器進行測量時,工頻干擾對測量結(jié)果會有什么影響呢?對一般的被測電路而言,其輸出阻抗大多比較低,故工頻干擾的影響一般反映不出來。即當(dāng)示波器的探頭與輸出阻抗較低的被測電路相連時,顯示屏上的工頻干擾波形會消失。絕大多數(shù)的情況下是這樣的。但是,如果被測電路測試點的阻抗很高肘(例如高達(dá)幾百千歐姆),這種影響就會變得顯著了。例如要測量一個場效應(yīng)管放大器輸入端的波形,當(dāng)把測試點選為其輸入耦合電容之后的場效應(yīng)管的柵極,盡管放大器的輸入端所接的信號源的阻抗可能很低。但是,由于場效應(yīng)管放大器的輸入電容的容量一般很小(一般為零點幾微法或者更?。?,對于工頻來說,阻抗很高,場效應(yīng)管的輸入阻抗也很高,此時工頻干擾的影響將會使測量無法進行,必須采取某些措施來消除工頻干擾的影響。

工頻干擾解決方案

應(yīng)該說數(shù)字濾波器可以有效減小50Hz工頻的干擾,完全消除是不可能的。以20ms為最小單位的整倍數(shù)周期濾波,可以有效減少工頻的干擾。

我們知道,設(shè)計數(shù)字濾波器,和模擬濾波器的實質(zhì),其實就是求一組系數(shù),逼近要求的頻率響應(yīng)。模擬濾波器已經(jīng)很成熟,因此,數(shù)字濾波器的設(shè)計,將S平面映射到Z平面就型。采用雙線性變化法映射,可以避免多值映射產(chǎn)生的混疊現(xiàn)象。但這有個問題就,模擬域和數(shù)字域兩者的角頻率是非線性的。

平滑濾波器

平滑濾波器是數(shù)字濾波中較早使用的方法,該算法簡單,處理速度快,濾波效果較好,但存在明顯不足,通帶較窄,影響有用信號的分析,有嚴(yán)重削峰,設(shè)計方法略。

陷波器 notch 濾波器

陷波器,是IIR數(shù)字濾波器,有signal notch 濾波器,即單一頻率陷波器,以及comb notch濾波器,即梳妝濾波器。

陷波器是無限沖擊響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器,該濾波器可以用以下常系數(shù)線性差分方程表示:

為什么會有工頻干擾_工頻干擾產(chǎn)生原因及解決方案

式中: x(n)和y(n)分別為輸人和輸出信號序列; ai和bi為濾波器系數(shù)。

對式(1)兩邊進行z變換,得到數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為:

為什么會有工頻干擾_工頻干擾產(chǎn)生原因及解決方案

式中: zi和pi分別為傳遞函數(shù)的零點和極點。

由傳遞函數(shù)的零點和極點可以大致繪出頻率響應(yīng)圖。在零點處,頻率響應(yīng)出現(xiàn)極小值;在極點處,頻率響應(yīng)出現(xiàn)極大值。因此可以根據(jù)所需頻率響應(yīng)配置零點和極點,然后反向設(shè)計帶陷數(shù)字濾波器。


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