一文解读二极管限幅电路和钳位电路

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好玩实用的电路，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，电流如红色箭头所示，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。

编辑：hfy