模拟电路基础：限幅器

限幅器（clipper）可以改变波形的形状。“clipper”在英语中的原意是“修剪用的大剪刀”，这个词很形象地说明了它可以用来修剪波形。限幅器可以把输入的正弦波波形修剪成以下各个样子：

图 2-4.01 

下面我们逐个分析实现以上各种修剪波形的电路图。为方便分析，我们假设下面的二极管都为理想二极管（即：导通时理想二极管上的压降为0）。当完全掌握了以下分析方法后，我们随时可以再将忽略掉的0.7V的二极管压降再补上去。

以下分析的输入电压vi皆设为正弦电压，表达式为：

1.   限幅峰部波形

● 以下电路产生波形1：

图 2-4.02 

当vi大于偏置电压V时，二极管导通，此时理想二极管上的压降为零，所以输出电压vo等于偏置电压V；

当vi小于V时，二极管截止，由于此时没有电流通路，故输出电压等于输入电压vi。

当偏置电压V为0时，可以得到完整的负半周波形。

● 以下电路产生波形2：

图 2-4.03 

当vi小于-V时，二极管导通，此时理想二极管上的压降为零，所以输出电压vo等于偏置电压-V；

当vi大于-V时，二极管截止，由于此时没有电流通路，故输出电压等于输入电压vi；

当偏置电压V为0时，可以得到完整的正半周波形。

2.   限幅底座波形

● 以下电路产生波形3：

图 2-4.04 

分析：在上图电路中，二极管阳极的电压表达式为：vi-V；

当vi小于V时，二极管阳极的电压小于0，二极管截止，此时输出电压vo为0；

当vi大于V时，二极管阳极的电压大于0，二极管导通，理想二级管上的压降为0，故输出电压vo为vi-V；

当偏置电压V为0时，上面的电路3相当于半波整流电路，可以得到完整的正半周波形。

● 以下电路产生波形4：

图 2-4.05 

分析：在上图电路中，二极管阴极的电压表达式为：vi+V；

当vi的值大于-V时，二极管阴极的电压大于0，二级管截止，此时输出电压vo为0；

当vi的值小于-V时，二极管阴极的电压小于0，二极管导通，此时理想二级上的压降为0，故输出电压为：vi+V；

当偏置电压V为0时，上面的电路4相当于半波整流电路，可以得到完整的负半周波形。

3.   限幅峰部波形并平移电位

● 以下电路产生波形5：

图 2-4.06 

分析：在上图电路中，二极管阴极的电压表达式为：vi-V；

当vi小于V时，二极管阳极的电压小于0，二极管导通，此时输出电压vo为vi-V，相当于将输入电压vi向下平移了V；

当vi大于V时，二极管阳极的电压大于0，二极管截止，输出电压vo为0；

● 以下电路产生波形6：

图 2-4.07 

分析：在上图电路中，二极管阳极的电压表达式为：vi+V；

当vi大于-V时，二极管阳极的电压大于0，二极管导通，此时输出电压vo为vi+V，相当于将vi电压向上平移了V

当vi小于-V时，二极管阳极的电压小于0，二级管截止，输出电压vo为0

4.   限幅底座波形并平移电位

● 以下电路产生波形7：

图 2-4.08 

分析：二极管阳极的电压：恒为V，二极管阴极电压：在二级管截止时等于vi，在二级管导通时等于阳极电压；

当vi小于V时，二级管导通，输出电压vo等于V；

当vi 大于V时，二极管截止，输出电压vo等于vi

● 以下电路产生波形8：

图 2-4.09 

分析：二极管阴极电压：恒为-V，二极管阳极电压：在二极管截止时等于vi，在二级管导通时等于阴极电压。

当vi大于-V时，二级管导通，输出电压vo等于-V；

当vi小于-V时，二极管截止，输出电压vo等于vi

5.   限幅双向峰部波形

图 2-4.10 

当vi 大于V1时，二极管D1导通，D2截止，此时输出vo等于V1；

当vi小于-V2时，二极管D2导通，D1截止，此时输出vo等于-V2；

当-V2 < vi < V1时，二极管D1和D2都截止，此时输出vo等于vi