二极管可以设计出好玩的电路

利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路。

本文分析限幅电路和钳位电路，是如何用二极管来实现的。

限幅电路

如下图所示，当在正半周期，并且VIN大于等于0.7V，二极管正向导通。此时，

VOUT会被钳位在0.7V上。

而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态，在负半周期时相当于电流反向，二极管也是截至状态，此时VOUT=VIN，VOUT波形跟随VIN变化。

限辐电路示意图

根据上面限辐电路的原理，可以设计如下双向限辐电路。

双向限辐电路示意图

然而有时候0.7V电压不能满足要求，那么，怎么产生不同大小的限幅电压？

在电路中加入偏置电压VBIAS，只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通。此时VOUT被钳位，其值是0.7V+VBIAS，如下图所示。

偏压限幅电路示意图

钳位电路

下面是二极管结合电容实现的钳位电路。分析中不考虑二极管的导通压降，假设RC时间常数足够大，从而使输出波形不会失真。

钳位电路原理

当输入Vin在负半周期为负时，电流如下图中红色箭头所示。二极管导通，电容逐渐充电至V，在此过程中Vout=0。

当输入Vin在正半周为正时，电流如蓝色箭头所示。二极管截止，Vout等于电容上电压加上正半周电压V，此时Vout=2V。

钳位电路原理

偏压钳位电路

跟限幅电路类似的，为了获得所需要的钳位值，要在电路中加入偏置电压，如下图所示。

偏压钳位电路

当所加的偏压与二极管导通方向一致，钳位值会提高V1，Vout=2V+V1。

双向二极管钳位电路应用举例

在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护，如下图所示，假设0.7V为D1和D2的导通电压。

Vin大于等于Vmax，D1导通，Vout会被钳位在Vmax

Vin小于等于Vmin时，Vout被钳位在Vmin

二极管钳位保护电路

审核编辑：汤梓红