二極管限幅電路講解

Word二極管限幅電路講解今天我們來一起學習（二極管）限幅（Clipper）電路。

大多數(shù)電子電路（如（放大器）、調(diào)制器和許多（其他電路））都要求輸入（信號）在特定的電壓范圍內(nèi)。任何幅度超過規(guī)定電壓范圍的信號都會在輸出時失真，嚴重的可能導致電路器件損壞。

為了讓輸入信號在處理電路的電壓要求范圍內(nèi)，通常需要對波形進行削波（clip（pi）ng）。對波形進行削波可以“限幅”輸入信號的一部分，但不會影響剩余部分。

根據(jù)電路中二極管的位置，限幅電路分為兩種：

串聯(lián)限幅電路（SeriesClippe（rs））

并聯(lián)限幅電路（ParallelClippersorShuntClippers）

串聯(lián)限幅電路中二極管和負載串聯(lián)，并聯(lián)限幅電路中二極管和負載并聯(lián)。

下圖分別是串聯(lián)和并聯(lián)限幅電路：

串聯(lián)和并聯(lián)限幅電路

串聯(lián)負向限幅電路

下圖是串聯(lián)負向限幅電路（SeriesNega（ti）veClipper），也被稱為半波整流電路（half-waverectifier）：

串聯(lián)負向限幅電路

現(xiàn)在讓我們看看為什么這個電路被稱為串聯(lián)負向限幅電路，我們使用正弦信號進行分析：

使用正弦信號分析串聯(lián)負向限幅電路

在輸入信號的正半周，二極管正向偏置并處于導通狀態(tài)。因此，二極管導通，輸入信號的正半周出現(xiàn)在輸出。對于理想二極管，二極管兩端的壓降為0V，當它正向偏置時，可以把二極管等效為一段導線。在此期間，輸出與輸入完全相同，因此輸出電壓恰好等于輸入信號的正半周：

正半周二極管導通相當于短路

在輸入信號的負半周期間，二極管反向偏置。因此二極管處于關(guān)斷狀態(tài)，造成開路。因此，在此期間沒有輸出。電路“剪掉”了輸入信號的負半周。這就是為什么這個電路被稱為串聯(lián)負向限幅電路。等效電路如下：

負半周二極管截止相當于開路

上面是理想電路的分析，實際二極管是壓降的，我們假設(shè)它的壓降為Vf：

正半周期間，輸出電壓Vout=Vin-Vf

負半周期間，輸出電壓Vout=0V

我們用下面的電路測試串聯(lián)負向限幅電路：

串聯(lián)負向限幅電路

覆銅板上焊接完的電路如下：

覆銅板上的串聯(lián)負向限幅電路

波形截圖如下：

串聯(lián)負向限幅電路波形圖

如果你仔細看正弦波的整流波形，會發(fā)現(xiàn)波形頂部少了一塊。那是因為完美的二極管是不存在的。所有的二極管都有一個所謂的正向壓降(VoltagedroporVf)。這意味著每當（電流）正向流過二極管時，電壓通常會降低0.7伏左右。

串聯(lián)正向限幅電路

只需要將二極管掉個個，我們就可以得到串聯(lián)正向限幅電路（SeriesPositiveClipper）：

串聯(lián)正向限幅電路

在輸入信號的正半周期間，二極管反向偏置。因此二極管處于斷開狀態(tài)，相當于此處開路。因此，在此期間沒有輸出。電路“剪掉”了輸入信號的正半周。等效電路如下：

正半周二極管截止相當于開路

在輸入信號的負半周，二極管正向偏置并處于導通狀態(tài)。因此，二極管導通，輸入信號的負半周出現(xiàn)在輸出。在理想分析中，二極管兩端的壓降為0V，當它正向偏置時，可以把二極管等效為一段導線。在此期間，輸出與輸入完全相同。等效電路如下：

負半周二極管導通相當于短路

實際電路中二極管兩端會有壓降，假設(shè)壓降為Vf,則實際情況如下：

正半周期間：輸出電壓Vout=0V

負半周期間：輸出電壓Vout=Vin+Vf

注意，負半周Vin為負。Vf是二極管的正向壓降。

我們用下面的電路測試串聯(lián)正向限幅電路：

串聯(lián)正向限幅電路

覆銅板上焊接完的電路如下：

覆銅板上的串聯(lián)正向限幅電路

左邊的是之前焊接的串聯(lián)負向限幅電路，右邊的是串聯(lián)正向限幅電路

波形截圖如下：

串聯(lián)正向限幅電路波形圖

并聯(lián)正向限幅電路

下面是并聯(lián)正向限幅電路（ShuntPositiveClipper）：

并聯(lián)正向限幅電路

在輸入信號的正半周，二極管正向偏置并處于“導通狀態(tài)”。因此，對于理想二極管，可以把此時的二極管等效成一段導線。這會導致電阻右側(cè)對地短路。因此，輸出也對地短路，所以，在此期間，沒有輸出。等效電路如下：

正半周二極管導通相當于導通

在輸入信號的負半周，二極管反向偏置并處于“截止”狀態(tài)。這導致電路中的電阻與地的連接斷開。進而導致輸出與輸入并聯(lián)。因此，輸入信號會出現(xiàn)在輸出上。觀察最終的輸出波形，輸入信號的正半周被“削掉（clippedoff）”了,因此這個電路被稱為并聯(lián)正向限幅電路（positiveparallelclipper)。等效電路如下：

負半周二極管截止相當于開路

實際電路中二極管兩端會有壓降，假設(shè)壓降為Vf,則實際情況如下：

正半周期間：輸出電壓Vout=Vf

負半周期間：輸出電壓Vout=Vin

我們用下面的電路測試并聯(lián)正向限幅電路：

并聯(lián)正向限幅電路

覆銅板上焊接電路如下：

覆銅板上的并聯(lián)正向限幅電路

（示波器）波形截圖如下：

并聯(lián)正向限幅電路波形圖

并聯(lián)負向限幅電路

把上面電路中二極管掉個個，電路將會變?yōu)橐粋€并聯(lián)負向限幅電路（ShuntNegativeClipper）：

并聯(lián)負向限幅電路

此電路中，在輸入信號的正間隔期間，二極管反向偏置，因此開路。在正半周，輸出與輸入信號直接平行。因此，輸入信號會出現(xiàn)在輸出上。而在輸入信號的負半周，二極管正向偏置并因此短路。在此期間，輸出電壓理想情況下等于0V。等效電路如下：

正半周截止相當于開路，負半周導通相當于短路

實際電路中二極管兩端會有壓降，假設(shè)壓降為Vf,則實際情況如下：

正半周期間：輸出電壓Vout=Vin

負半周期間：輸出電壓Vout=-Vf

我們用下面的電路測試并聯(lián)負向限幅電路：

并聯(lián)負向限幅電路

覆銅板上焊接電路如下：

覆銅板上的并聯(lián)負向限幅電路

左邊的是之前焊接的并聯(lián)正向限幅電路。

示波器波形截圖如下：

并聯(lián)負向限幅電路波形圖

雙向限幅電路

如果我們?nèi)鐖D所示反向并聯(lián)兩個二極管，那么正負半周都會被削波（ClippingofBothHalfCycles），因為二極管D1削波了正弦輸入波形的正半周，而二極管D2削波了負半周：

雙向限幅電路

對于理想二極管，上面的輸出波形為零。然而，由于二極管上的正向偏置電壓降，實際的削波點分別出現(xiàn)在0.7伏和–0.7伏。

偏置限幅電路

上面的限幅電路在零伏或者更準確的說二極管正向壓降Vf處進行限幅，但可以通過添加偏置電壓將限幅電壓設(shè)置為任何所需值。

偏置并聯(lián)正向限幅電路

下圖是正偏置并聯(lián)正向限幅電路（ShuntPositiveClipperwithPositiveBiasVoltage）:

正偏置并聯(lián)正向限幅電路

將偏置電壓Vbias與二極管串聯(lián)可以產(chǎn)生任意電平的二極管限幅電路。串聯(lián)組合兩端的電壓必須大于Vbias+0.7V二極管才能導通。例如，如果Vbias電平為4.0V,那么二極管正極的電壓必須大于4.0+0.7=4.7V才能讓二極管導通。任何高于此偏置電壓的電平會被剪掉。

在輸入信號的正半周，當輸入信號從0V上升到Vf+Vbias時，二極管處于截止狀態(tài)，輸出信號等于輸入信號。當輸入信號大于Vf+Vbias時，二極管導通，此時，輸出等于Vf+Vbias:

當VinVf+Vbias,輸出Vout=Vf+Vbias

在輸入信號的負半周，二級管處于截止狀態(tài)，輸出信號等于輸入信號：

Vout=葡萄酒

偏置并聯(lián)負向限幅電路

下圖是負偏置并聯(lián)負向限幅電路（ShuntNegativeClipperwithNegativeBiasVoltage）:

負偏置偏置并聯(lián)負向限幅電路

電路中，偏置（電源）的負極反向偏置二極管，只有當輸入信號小于-Vbias-0.7V時二極管才會導通。

在輸入信號信號的正半周，二極管處于截止狀態(tài)，輸出信號等于輸入信號：

Vout=Vin

在輸入信號的負半周，當輸入信號大于-Vbias-0.7V時，二極管截止，輸出信號等于輸入信號；當輸入信號小于-Vbias-0.7V時，二極管導通，輸出信號等于-Vibas-07.V：

當Vin>-Vbias-0.7V,輸出Vout=Vin

當Vin<-Vbias-0.7V,輸出Vout=-Vbias-0.7V

總結(jié)

串聯(lián)限幅電路二極管導通時允許輸入信號通過，并聯(lián)限幅電路二極管截止時允許輸入信號通過。

串聯(lián)限幅電路通過的信號有0.7V左右的降幅，并聯(lián)限幅電路通過的信號沒有降幅，完整通過。

串聯(lián)限幅電