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实用的电路,本文主要讲述限幅电路和钳位电路。
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,电流如蓝色箭头所示,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。
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