二極管鉗位電路說明

二極管限幅器，也稱為二極管限幅器，是一種波形整形電路，可以輸入波形并剪切或切斷其上半部分，下半部分或兩個(gè)一起。

輸入信號(hào)的這種削波產(chǎn)生的輸出波形類似于輸入的扁平版本。例如，半波整流器是一個(gè)限幅器電路，因?yàn)樗械陀诹愕碾妷憾急幌恕?/p>

但二極管鉗位電路可以用于各種應(yīng)用來修改輸入使用信號(hào)和肖特基二極管的波形或使用齊納二極管提供過壓保護(hù)，以確保輸出電壓不會(huì)超過一定水平，保護(hù)電路免受高壓尖峰的影響。然后二極管限幅電路可用于限壓應(yīng)用。

我們?cè)谛盘?hào)二極管教程中看到，當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，它允許電流通過自身鉗位電壓。當(dāng)二極管反向偏置時(shí)，沒有電流流過它，其端子上的電壓不受影響，這是二極管限幅電路的基本操作。

雖然二極管限幅電路的輸入電壓可以有任何波形形狀，我們假設(shè)輸入電壓是正弦波?？紤]下面的電路。

正二極管鉗位電路

在這個(gè)二極管限幅電路中在正弦輸入波形的正半周期期間，二極管正向偏置（陽極比陰極更正）。為使二極管變?yōu)檎蚱?，它必須具有大?0.7伏的輸入電壓幅度（對(duì)于鍺二極管為0.3伏）。

當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，二極管開始導(dǎo)通并保持電壓自身恒定在0.7V，直到正弦波形低于該值。因此，在正半周期期間，在二極管上獲得的輸出電壓不會(huì)超過0.7伏。

在負(fù)半周期期間，二極管反向偏置（陰極比陽極更正）阻止電流流過本身并且因此對(duì)正常電壓的負(fù)半部分沒有影響，該正負(fù)電壓不加改變地傳遞到負(fù)載。因此，二極管限制了輸入波形的正半部分，稱為正限幅電路。

負(fù)二極管鉗位電路

這反過來也是如此。二極管在正弦波形的負(fù)半周期期間正向偏置，并將其限制或限幅為-0.7伏，同時(shí)允許正半周期在反向偏置時(shí)不變。由于二極管限制了輸入電壓的負(fù)半周，因此稱為負(fù)限幅電路。

兩個(gè)半周期的剪切

如果我們?nèi)鐖D所示反向并聯(lián)連接兩個(gè)二極管，那么正半周和負(fù)半周將被截?cái)酁槎O管 D 1 截?cái)嗾逸斎氩ㄐ蔚恼胫埽O管 D 2 截?cái)嘭?fù)半周期。然后二極管限幅電路可用于限制正半周期，負(fù)半周期或兩者。

對(duì)于理想二極管，上面的輸出波形將為零。然而，由于二極管上的正向偏壓降，實(shí)際的削波點(diǎn)分別出現(xiàn)在+0.7伏和-0.7伏。但是我們可以通過將更多的二極管串聯(lián)在一起，將這個(gè)±0.7V的閾值增加到我們想要的任何值，直到正弦波形的最大值（ V PEAK ）產(chǎn)生0.7伏的倍數(shù)，或者通過向二極管添加電壓偏置。

偏置二極管鉗位電路

為不同電平的電壓波形產(chǎn)生二極管限幅電路，偏置電壓， V BIAS 與二極管串聯(lián)，以產(chǎn)生如圖所示的組合限幅器。在二極管充分正向偏置導(dǎo)通之前，串聯(lián)組合兩端的電壓必須大于 V BIAS + 0.7V 。例如，如果 V BIAS 電平設(shè)置為4.0伏，那么二極管陽極端子的正弦電壓必須大于4.0 + 0.7 = 4.7伏因?yàn)樗兊糜衅姟８哂诖似命c(diǎn)的任何陽極電壓電平都會(huì)被截?cái)唷?/p>

正偏置二極管剪切

同樣，通過反轉(zhuǎn)二極管和電池偏置電壓，當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出波形的負(fù)半周期保持在 -V BIAS -0.7V 如圖所示。

負(fù)偏置二極管剪輯

可變二極管削波或二極管可以通過改變二極管的偏置電壓來實(shí)現(xiàn)限制電平。如果要鉗制正半周和負(fù)半周，則使用兩個(gè)偏置限幅二極管。但對(duì)于正負(fù)二極管鉗位，偏置電壓不必相同。正偏壓可以是一個(gè)電平，例如4伏，負(fù)偏壓可以是另一個(gè)，例如6伏，如圖所示。

不同偏壓電平的二極管鉗位

當(dāng)正半周期電壓達(dá)到+4.7 V時(shí)，二極管 D 1 導(dǎo)通并限制波形為+4.7 V.二極管 D 2 直到電壓達(dá)到-6.7 V才導(dǎo)通。因此，所有正電壓都高于+4.7 V且低于-6.7 V的負(fù)電壓會(huì)自動(dòng)削減。

偏置二極管限幅電路的優(yōu)點(diǎn)是可以防止輸出信號(hào)在輸入波形的兩個(gè)半周期內(nèi)超過預(yù)設(shè)電壓限值，這可能是一個(gè)輸入來自嘈雜的傳感器或電源的正負(fù)電源軌。

如果二極管限幅電平設(shè)置得太低或輸入波形太大，那么消除兩個(gè)波形峰值可能會(huì)結(jié)束方波形狀d波形。

齊納二極管鉗位電路

使用偏置電壓意味著可以精確控制截?cái)嗟碾妷翰ㄐ瘟?。但是使用電壓偏置二極管限幅電路的主要缺點(diǎn)之一是它們需要額外的電動(dòng)勢電池源，這可能是也可能不是問題。

在不需要額外電動(dòng)勢電源的情況下創(chuàng)建偏置二極管限幅電路的一種簡單方法是使用齊納二極管。

如我們所知，齊納二極管是另一種特殊的二極管制造成在其反向偏置擊穿區(qū)域中工作，因此可用于電壓調(diào)節(jié)或齊納二極管限幅應(yīng)用。在正向區(qū)域，齊納管的作用就像普通的硅二極管，導(dǎo)通時(shí)正向壓降為0.7V（700mV），與上述相同。

然而，在反向偏置區(qū)域，電壓被阻斷，直到達(dá)到齊納二極管擊穿電壓。此時(shí)，通過齊納二極管的反向電流急劇增加，但器件兩端的齊納電壓 V Z 保持不變，即使齊納電流 I Z 變化。

然后我們可以通過使用它們來剪切波形來使這個(gè)齊納動(dòng)作產(chǎn)生良好效果，如圖所示。

齊納二極管剪切

齊納二極管的作用類似于偏置二極管限幅電路，偏置電壓等于齊納擊穿電壓。在該電路中，在波形的正半周期間，齊納二極管反向偏置，因此波形被鉗位在齊納電壓上， V ZD 1 。在負(fù)半周期內(nèi)，齊納管的作用類似于正常的二極管，具有通常的0.7V結(jié)值。

我們可以通過使用齊納二極管反向電壓特性來進(jìn)一步發(fā)展這一想法，以便使用波形的兩半進(jìn)行限幅串聯(lián)背靠背齊納二極管如圖所示。

全波齊納二極管剪切

全波齊納二極管限幅電路的輸出波形類似于之前的電壓偏置二極管限幅電路。輸出波形將被齊納在齊納電壓加上另一個(gè)二極管的0.7V正向電壓降。因此，例如，正半周期將被鉗位在齊納二極管之和， ZD 1 加上0.7V來自 ZD 2

齊納二極管采用多種電壓制造，可用于在每個(gè)半周期給出不同的電壓基準(zhǔn)，與上述相同。齊納二極管可提供齊納擊穿電壓， V Z 范圍為2.4至33伏，典型容差為1或5％。請(qǐng)注意，一旦在反向擊穿區(qū)域?qū)ǎ娏鲗⒘鬟^齊納二極管，因此必須選擇合適的限流電阻 R 1 。

二極管削波概述

除了用作整流器之外，二極管還可用于夾住特定直流電平的波形的頂部，底部或兩者，并將其傳遞給輸出失真，。在上面的例子中，我們假設(shè)波形是正弦波，但理論上可以使用任何形狀的輸入波形。

二極管鉗位電路用于消除幅度噪聲或電壓尖峰，電壓調(diào)節(jié)或從現(xiàn)有信號(hào)產(chǎn)生新波形，例如將正弦波形的峰值平方以獲得如上所示的矩形波形。

“二極管削波”的最常見應(yīng)用是作為飛輪或續(xù)流二極管并聯(lián)連接在感性負(fù)載上，以保護(hù)開關(guān)晶體管形成反向電壓瞬變。