这一章在干嘛?

把第 1 章的「单向阀」真正用起来:负载线图解、逻辑门、整流、限幅、钳位、稳压、倍压——几乎每个电源和信号处理电路里都有它们的身影。这是全书「实战密度」最高的一章。

2.1 负载线分析:电路和器件「开会」

2.2 二极管当开关:与 / 或 门

2.3 半波整流:一半的交流被扔掉

2.4 全波整流:桥式电路登场

2.5 限幅器与钳位器:波形的剪刀和电梯

2.6 稳压管稳压电路

2.7 倍压电路:没有高压变压器也能出高压

2.1 负载线分析:电路和器件「开会」

二极管特性是它自己的曲线,而外电路(电源 E + 电阻 R)约束了 V 和 I 必须满足 E = I·R + VD——这是一条直线,叫负载线。两条线的交点就是实际工作点(Q 点)。

原书图 2.2 原书图 2.2:负载线与特性曲线的交点 = 电路的真实工作点

三步画负载线:

① 令 I=0,得 V=E(横轴截距);② 令 V=0,得 I=E/R(纵轴截距);③ 两点连线。交点一读,V DQ 、I DQ 全有了。

2.2 二极管当开关:与 / 或 门

利用二极管的导通 / 截止,可以搭出最原始的逻辑门:

原书图 2.40 原书图 2.40:二极管 OR 门(重画版):任一输入为高,输出就被拉高

原书图 2.42 原书图 2.42:二极管 AND 门:全部输入为高,输出才是高

判断口诀:

先假设每颗管子的状态,再验证压降是否自洽——正偏超过门槛就是「开」,否则是「关」。多个二极管抢导通时,压降需求大的先「认输」截止。

2.3 半波整流:一半的交流被扔掉

正半周二极管导通、负半周截止——输出只剩下「半个馒头」:

原书图 2.44 原书图 2.44:半波整流电路:一只二极管串联在负载前

原书图 2.47 原书图 2.47:半波整流波形:只剩正半周

PIV(反向峰值电压):

负半周时二极管承受的反向电压最大可达 V m ,选管子时 PIV 额定必须留足余量,否则一上电就击穿。

2.4 全波整流:桥式电路登场

四只二极管组成「桥」,正负半周各走一条路,负载上永远得到同方向的电流——效率翻倍,滤波更容易:

原书图 2.53 原书图 2.53:桥式全波整流:四只二极管的经典接法

原书图 2.57 原书图 2.57:全波整流输入 / 输出波形:负半周被「翻转」上来

另一款经典是中心抽头变压器方案,两只管子轮流工作:

原书图 2.60 原书图 2.60:中心抽头变压器全波整流:两管轮流导通

2.5 限幅器与钳位器:波形的剪刀和电梯

**限幅器(Clipper)**把波形超过某电平的部分「剪掉」,用于保护和波形整形:

原书图 2.68 原书图 2.68:串联限幅器:二极管截止时输出被切平

原书图 2.88 原书图 2.88:各种限幅电路全家福:串 / 并、正 / 负、带偏置

**钳位器(Clamper)**则把整个波形「抬升 / 拉低」到指定直流电平——像个电梯,波形形状不变、位置搬家。靠二极管 + 电容实现:

原书图 2.100 原书图 2.100:理想二极管的几种钳位电路(注意电容充电后相当于电池)

2.6 稳压管稳压电路

稳压管反向击穿区「电压锁死」的特性 + 一颗限流电阻,就是最简单的稳压电源:

原书图 2.112 原书图 2.112:基本稳压电路:R_S 限流,稳压管把 V_L 钉在 V_Z

R

S

= (V

i

− V

Z

) / (I

L

  • I

ZM

的一部分) —— 必须保证负载电流变化时稳压管电流始终在 I

ZM

(最大)与 I

Z

(拐点)之间

两个极端都要验证:

负载最轻时稳压管别超功率;负载最重时稳压管别退出击穿区(电流太小就稳不住了)。

2.7 倍压电路:没有高压变压器也能出高压

利用电容充电「记忆」峰值电压,几颗二极管 + 几颗电容就能把电压叠成 2 倍、3 倍、4 倍:

原书图 2.123 原书图 2.123:半波二倍压:负半周给 C1 充到峰值,正半周与电源叠加输出 2Vm

原书图 2.127 原书图 2.127:三倍压与四倍压电路:继续叠加电容即可