二极管限幅电路解析

一、简介

二极管有单相导电的特性，由此特性可以构成各类限幅电路，这也是二极管的基本应用之一，限幅是指对脉冲波形向上或向下有一个界限，在二极管导通后，正负极之间保持固定的导通电压，进而起到对波形整形，对电路保护。 本文介绍几种常见的由二极管组成的限幅电路，以Multisim仿真的过程来理论分析一下工作原理，我们做以下约定：二极管为理想二极管，负载以电阻性负载为示例，示波器A通道接输入，波形以红色表示，B通道接输出，波形以蓝色表示。

二、串联限幅电路

把二极管与负载串联，可以组成串联限幅电路，此电路与半波整流电路完全相同，当二极管正向串联时，可以保留正向波形，去掉负向波形，这电路也称为是串联下限幅电路; 当二极管负向串联时，可以保留负向波形，去掉正向波形，这电路也称为串联上限幅电路。 这两种波形上的限制边界是0V。

由于与半波整流电路完全相同，此处不再多说。 此处把图再贴一下：

 

需要注意的是：输入信号可以是任意周期性、非周期性的波形，比如三角波、矩形波、其它干扰等。

三、并联限幅电路

二极管与负载处于并联时，则构成并联限幅电路。 并联限幅电路有限制上部分、下部分、双限幅三种电路，二极管与一个直流电源串联，这个直流电源的电压与电源输入电压共同决定输出电平。 当二极管负极为输出端与负载相连时，叫作并联下限限幅电路; 当二极管家正极为输出端与负载相连时，叫作并联上限限幅电路。 注意以下电路中R1不是负载，负载未画出。

下图图3中，设二极管导通电压为0.6V，与二极管串联直流电源电压为V1。 输入为一个峰峰值是40V、频率是50Hz的交流信号，当输入信号大于V1-0.6V时，二极管D1截止，输出电压与输入电压相同; 当输入信号小于V1-0.6V时，二极管D1导通，输出电压被限定在V1-0.6V。 实现了下限幅作用。

下图图4中，设二极管导通电压为0.6V，与二极管串联直流电源电压为V1。 输入为一个峰峰值是40V、频率是50Hz的交流信号，当输入信号大于V1+0.6V时，二极管D1导通，输出电压被限定在V1+0.6V; 当输入信号小于V1+0.6V时，二极管D1截止，输出电压与输入电压相同。 实现了上限幅作用。

下图图5，由D1、D2组成双限幅电路，D1和V1(DC15V)电源组成并联上限限幅电路，D2和V2(DC2V)电源组成并联下限限幅电路，所以最终输出波形在(V1+0.6)V和(V2-0.6)V之间，见示波器中蓝色波形。 注意在双限幅电路中，上限限幅的直流电源电压要高于下限限幅的直流电源电压，以下图为例，要求V1>V2。

四、钳位电路

钳位电路是将输入电压的最大值或最小值钳制在某一电平，并不改变输入波形，只是向上或向下进行了移动。

分析此类电路时，额外进行以下假设：RC的时间常数合适，不致于使波形发生失真。

4.1 下移负钳位电路

此类电路见下图，V1=0，即二极管负极接地，当输入Uin为正半周时，二极管D1导通，Uin给电容C1充电至Uin(左正右负); 当输入为负半周时，二极管D1截止，Vo=Vc(负)+Uin负半周。 如下图6、图7所示，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被下移到0V(V1)以下，基线-20V，所以被称为下移负钳位电路。

 

4.2 下移正偏压钳位电路

此电路与上述不同点是V1不为0，接法保持为上正下负，当D1导通时，给C1充电到V1电压值; 当D1截止时，输出为Vo=Vc(负)+Uin负半周。 如下图8、图9所示，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被下移到V1以下，基线为-15V(V1-Vp)，又由于V1为正，所以被称为下移正偏压钳位电路。

 

4.3 下移负偏压钳位电路

负偏压与正偏压不同之处是V1的接法相反，为上负下正。 如下图10所示，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被下移到V1以下，基线为-25V(V1-Vp)，又由于V1为负，所以被称为下移负偏压钳位电路。

4.4 上移正钳位电路

见下图，二极管方向与下移钳位电路不同，上负下正，V1=0，即二极管正极接地，下图中，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被上移到0V(V1)以上，基线20V，所以被称为上移正钳位电路。

4.5 上移正偏压钳位电路

此电路在上述电路下V1不为0，接法保持为上正下负，如下图12所示，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被上移到V1以上，基线为25V(V1+Vp)，又由于V1为正，所以被称为上移正偏压钳位电路。

4.6 上移负偏压钳位电路

负偏压与正偏压不同之处是V1的接法相反，为上负下正。 如下图13所示，红色为输入信号以0V为基线，蓝色为输出信号波形，被下移到V1以下，基线为15V(V1+Vp)，又由于V1为负，所以被称为上移负偏压钳位电路。

4.7钳位电路小结

A: 二极管的方向决定钳位电路的波形是上移或下移，二极管方向向下，则波形下移，二极管方向向上，则波形上移。

B: 下移钳位电路波形移动到V1以下，上移钳位电路波形移动到V1以上。

C: 下移钳位电路下移后波形基线为V1-Vp，上移钳位电路上移后波形基线为V1+Vp。