详解二极管限幅电路和钳位电路

记得诚 2020-11-30
二极管最重要的特性是单向导电性,利用这一特性可以设计很多好玩实用的电路,本文主要讲述限幅电路和钳位电路。

本文目录(点击查看大图)


▉ 正限幅电路

正半周时且Vin的电压大于等于0.7V时,二极管导通,Vout会被钳位在0.7V;在负半周和Vin电压小于0.7V时,二极管是截止状态,所以Vout=Vin,即Vout波形跟随Vin波形。


▉ 负限幅电路

在正半周时,二极管截止,Vout=Vin,即波形跟随;在负半周Vin电压小于等于-0.7V时,二极管会导通,Vout电压会被钳位在-0.7V。


▉ 双向限幅电路

双向限幅是结合了上面两个电路,用了两个二极管。正半周,通过D1将超出的部分钳位在0.7V,负半周通过D2将超出的部分钳位在-0.7V。


▉ 正偏压限幅

为了产生不同的限幅电压,有时候会在电路中加入偏置电压Vbias,当Vin的电压大于等于Vbias+0.7V时,二极管导通,Vout被钳位。


▉ 负偏压限幅

负偏压是一样的道理,Vin电压小于等于-0.7-Vbias时,二极管导通,Vout被钳位。


双向偏压限幅

双向偏压限幅是两个二极管加两个偏置电压,正半周大于等于4.7V时,D1导通,超出部分被钳位在4.7V;负半周小于等于-6.7V时,D2导通,超出部分被钳位在-6.7V。


上面几种都是不含有电容的电路,主要是用来限幅。

下面几种是含有电容的二极管钳位电路,以下分析不考虑二极管的导通压降(即二极管正向导通相当于一根导线,反向截止断路),RC时间常数足够大,保证输出波形不失真。

▉ 简单型正钳位电路

电路原理:
输入Vin在负半周时(Vin上负下正),二极管导通,电流如红色箭头所示,电容充电至+V(左负右正),Vout=0V;
输入Vin在正半周时(Vin上正下负),二极管截止,电流如蓝色箭头所示,Vout电压等于电容电压加上正半周电压,所以Vout=2V;


▉ 偏压型正钳位电路

偏压型钳位电路和限幅电路很类似,在电路中加入偏置电压来提高或者降低钳位值。

Figure a为正向偏压型,所加的偏压与二极管导通方向一致时,波形向上,即钳位值会提高V1。

Figure b为反向偏压型,所加的偏压与二极管导通方向相反时,波形向下,即钳位值会降低V1


▉ 简单型负钳位电路

电路原理:
输入Vin在正半周时(Vin上正下负),二极管导通,电流如红色箭头所示,电容两端压差充电至+V(左正右负),Vout=0V;
输入Vin在负半周时(Vin上负下正),二极管截止,电流如红色箭头所示,Vout电压等于负的电容电压+负半周电压),即Vout=-2V;


▉ 偏压型负钳位电路

偏压型负钳位同偏压型正钳位类似,在电路中加入偏置电压来提高或者降低钳位值。

Figure C为反向偏压型,所加的偏压与二极管导通方向相反时,波形向上,即钳位值会提高V1。

Figure D为正向偏压型,所加的偏压与二极管导通方向相同时,波形向下,即钳位值会降低V1。


▉ 常见的双向二极管钳位电路

在一些ADC检测电路中会用两个二极管进行钳位保护,原理很简单,0.7V为D1和D2的导通压降,Vin进来的电压大于等于Vmax时,D1导通,Vout会被钳位在Vmax;Vin小于等于Vmin时,Vout被钳位在Vmin,一般D2的正极接地。


今天的文章内容到这里就结束了,希望对你有帮助,我们下一期见。

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—— The End ——

记得诚 一位硬件工程师的原创分享,涵盖电路设计、PCB设计、电子元器件、电子电路和硬件科普等内容,涉及无线通信、嵌入式、物联网、GNSS定位和车载等领域。
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