1.3　半导体二极管的基本应用

二极管的单向导电特性使它在电子电路中得到了广泛的应用。下面介绍一些二极管在模拟电子电路中的基本应用。

1.3.1　整流电路

利用二极管的单向导电特性，可以将交流电变换为单向脉动直流电，完成整流作用。完成整流功能的电路称为整流电路。根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流和三相整流。而以电路形式区分，整流电路有半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路等，其中单相桥式整流电路在小型电子设备或小功率电路中使用较为广泛，单相桥式整流电路如图1.11所示。

注意

为简化分析，二极管采用理想二极管，即正向电压作用时，作为短路处理；反向电压作用时，作为开路处理。

1.工作原理

由图1.11可知，在u2的正半周期间，a端为正，b端为负，二极管VD1、VD3正偏导通，VD2、VD4反偏截止。回路中电流的通路为：a→VD1→c→RL→d→VD3→b。负载RL中的电流io及其两端电压uo的波形如图1.12中0～π区间所示。

在u2的负半周期间，a端为负，b端为正，二极管VD2、VD4正偏导通，VD1、VD3反偏截止。回路中电流的通路为：b→VD2→c→RL→d→VD4→a。负载RL中的电流io及其两端电压uo的波形如图1.12中π～2π所示。

通过上述分析可知，在u2的整个周期内，RL上都获得极性一定，但大小变动的脉动直流电压和脉动直流电流。

请用实验来测试图1.11所示电路的整流功能（或用Multisim软件仿真）。

2.参数计算

单相桥式整流电路的整流电压的平均值，即输出电压uo的直流分量UO（AV）为

　

　（1.2）

负载电阻RL中的直流电流IO（AV）（即负载电流平均值）为

　　（1.3）

单相桥式整流电路中，每两个二极管串联后在u2的正、负半周轮流导通，因此，流过每个二极管的电流相等且为负载中平均电流的一半，即

　　（1.4）

当VD1、VD3导通时，在理想条件下，VD2、VD4的阴极与a端是等电位的点，VD2、VD4的阳极与b端是等电位的点，因此其两端的最高反向工作电压即为交流电压u2的最大值；同理，当VD2、VD4导通时，在理想条件下，VD1、VD3的阴极与b端是等电位的点，VD1、VD3的阳极与a端是等电位的点，因此其两端的最高反向工作电压也为交流电压u2的最大值，即

　　（1.5）

在工程应用中，上述式（1.4）和式（1.5）作为选用二极管的依据。

1.3.2　检波电路

在通信、广播、电视及测量仪器中，常常用二极管检波。以广播系统为例，为了使频率较低的语音信号能远距离传输，往往用表达语音信号的电压波形去控制频率一定的高频正弦波电压的幅度，称为调制。调制后的高频信号经天线可以发送到远方。这种幅度被调制的调制波被收音机输入调谐回路“捕获”后，经放大，可由检波电路检出调制的语音信号。图1.13所示为二极管检波电路及工作波形。

1.3.3　限幅电路

利用二极管的单向导电特性和导通后两端电压基本不变的特点，可以组成限幅电路（或称削波电路），用来限制输出电压的幅度。图1.14所示为双向限幅电路，设二极管为理想二极管，输入信号ui是幅值为15V的正弦波。

当输入信号ui为正半周、且大于10V时，VD1导通，VD2截止，输出电压被限定在10V；当输入信号ui为负半周、且小于-10V时，VD2导通，VD1截止，输出电压被限定在-10V；当输入信号ui在-10～+10V之间变化时，VD1和VD2均截止，uo=ui。可见，电路把输出电压限制在±10V的范围之内。

请用实验来测试图1.14所示电路的限幅功能（或用Multisim软件仿真）。

思考题

1.某单相桥式整流电路的输入是峰值为20V的正弦波，则输出电压的峰值是多少？

2.桥式整流电路中的一个二极管开路对输出会有什么影响？

3.如果桥式整流电路中的一个二极管短路，会有什么可能的结果？

4.整流的直流电压小于其应该具有的值，可能的问题是什么？

5.说明检波电路、限幅电路的作用。