基于二极管的限幅电路设计

一、限幅是什么意思？

限幅也就是，将电压限制在某个范围内，去除交流信号的一部分但不会对波形的剩余部分造成影响。

通常来说，限幅电路主要是由二极管构成，波形的形状取决于电路的配置和设计。

二、限幅电路工作原理

基于二极管的限幅电路分为2种：

串联二极管限幅电路

并联二极管限幅电路

三、串联二极管限幅电路

在串联限幅电路中，二极管与输出串联。当二极管正向偏置时导通时，输入信号在输出端。相反，当二极管反向偏置/阻断时，串联限幅电路会传递输入信号。

分为正/负限幅电路。

01正限幅电路

串联正限幅去除波形的正半部分，如下所示，二极管处于反向偏置与输出串联。

正限幅电路

输入信号Vi施加在输入侧，输出在负载电阻处获取。

在输入的正半周期间，A点电压比B点电压为正，因此二极管处于反向偏置状态，没有电流导通。输入信号无法通过，因此Rl上没有压降。因此，输出端不会出现如图所示的正半周。

在负半周期间，A点电压比B点电压为负。二极管变为正向偏置，信号通过它。信号出现在 Rl 上。因此，负半周通过电路并出现在输出端。

1）带偏置的正限幅电路

带偏置的正限幅电路用于限制正半周期的一部分，而不是整个半周期，使用具有正偏压或负偏压的串联正限幅器来产生所需的波形。

（1）正偏差

如下所示，电池的正极连接到二极管的P侧。

正偏差

在正半周期间，A点电压大于B点电压，二极管处于反向偏置状态并截止。但还有另一个电压源，其正极连接到二极管的 P 侧。该电压源或电池使二极管处于正向偏置状态。

如果输入电压低于电池电压，二极管保持正向偏置并导通。因此，信号出现在输出端。当输入电压增加到电池电压之上时，二极管变为反向偏置并且不传导输入信号。因此，电池电压Vb出现在输出端。

在负半周期期间，二极管由于输入电压和电池电压而正向偏置。因此，输入信号通过二极管并出现在输出端。

（2）负偏差

负偏差电池与二极管反向连接，如下。

负偏差

在正半周期期间，二极管由于输入电压而正向偏置。因此，输入信号通过二极管并出现在输出端。

在负半周期期间，二极管变为反向偏置并且不导通。因此，输出端没有电压，并且输入波形中的负半周期被削除。

02负串联限幅电路

串联负限幅电路对输入周期的负半部分进行限幅。其电路图如下。

负串联限幅电路

在正半周期期间，二极管由于输入电压而正向偏置。因此，输入信号通过二极管并出现在输出端。

在负半周期期间，二极管变为反向偏置并且不导通。因此，输出端没有电压，并且输入波形中的负半周期被削除

1）带偏置的串联负限幅电路

串联负限幅使用正电压/负电池进行偏置，修改波形，而不是限幅整个负半部分。

（1）正偏差

在正半周期期间，二极管由于输入信号电压而正向偏置，由于电池电压，是反向偏置。二极管的状态取决于两个电压源。因此，只有当输入电压大于电池电压时，二极管才会正向偏置并导通。

正偏差

起初，输入电压低于电池电压，因此二极管反向偏置并且不导通。因此电池电压出现在输出端。如图所示，当输入信号变得大于电池电压时，该部分的输出出现。

在负半周期期间，二极管由于输入电压和电池电压而反向偏置。因此，在整个负半周期内，只有电池电压出现在输出端。

（2）负偏差

在正半周期期间，二极管由于输入信号和电池电压而正向偏置。因此，二极管在整个正半周期内传导信号，并且它在输出中的表现与在输入中的表现一样。

负偏差

在负半周期期间，输入电压迫使二极管反向偏置，但电池电压仍然使二极管正向偏置。在整个周期中，二极管仅在电池电压超过输入电压时导通。

首先，输入电压低于电池电压，因此二极管导通，信号出现在输出端。但当它超过电池电压时，二极管会阻止输入信号，电池电压开始出现在输出端，如图所示。

四、并联限幅电路

在并联限幅电路中，二极管与输出并联，当二极管阻断时，输入信号出现在输出上，并联限幅电路分为正向和负向。

01正向并联限幅电路

正向并联限限幅电路对正半周期进行限幅，具体如下所示：

正向并联限限幅电路对正半周期进行限幅

在正半周期间，由于A点电压大于B点，二极管正向偏置，因此二极管导通输入信号，输出端没有电压差。

在负半周期期间，A点和B点输入信号的电压极性反转，二极管变为反向偏置。因此，二极管阻挡输入信号，并且信号电压出现在二极管两端，作为限幅器的输出。

这样，分流器正向限幅器、限幅或去除输入周期的正半周并允许负半周。

1）带偏置的并联正向限幅电路

（1）正偏差

在正半周期期间，二极管由于输入电压而正向偏置。但由于电池电压的原因，它是反向偏置的。两个电压的总和将决定二极管的状态。如果输入电压大于电池电压，二极管将正向偏置，否则将保持反向偏置。

正偏差

首先，输入信号小于电池电压，因此二极管反向偏置，信号出现在输出端。但当它超过电池电压时，二极管开始传导信号，并且只有电池电压开始出现在输出端。

在负半周期期间，二极管由于输入电压和电池电压而反向偏置。因此，输入信号在输出端出现整个负半周期。

（2）负偏差

在正半周期期间，二极管针对输入信号和电池电压均正向偏置。因此，二极管在整个周期内导通，并且只有电池电压出现在输出端。

负偏差

在负半周期期间，二极管针对输入信号施加反向偏置，针对电池电压施加正向偏置。两个电压源的综合作用决定了二极管的状态。当输入电压低于电池电压时，二极管正向偏置。

首先，输入信号小于电池电压，因此二极管正向偏置。因此，电池电压出现在输出端。当输入电压超过电池电压时，二极管变为反向偏置，输入信号开始出现在输出端，如图所示。

02并联负向限幅电路

并联负限幅器限幅输入波形的负半部分。电路图如下。

并联负向限幅电路

在正半周期期间，二极管反向偏置，因此它会阻止出现在其上的信号。因此，正半部分也出现在输出端。

在负半周期期间，二极管正向偏置并传导信号。因此，负半周期输出端没有电压。因此，并联负限幅器削波或去除输入波形的负半部分。

1）带偏置的并联负向限幅器

为了进一步修改分流负限幅器的波形，可以通过以称为正偏压和负偏压的两种方式之一连接电池源来使用正偏压或负偏压。可以通过改变电池电压来修改波形。

（1）正偏差

在正半周期期间，二极管对输入电压反向偏置，但对电池电压反向偏置。因此，只有当输入电压超过电池电压时，二极管才会反向偏置，然后输入信号才会出现在输出端。

正偏差

起初，信号小于电池，因此二极管正向偏置并传导信号。因此，输出处仅出现电池电压。但当输入信号超过电池电压时，二极管变为反向偏置，信号出现在输出端，如图所示。

在负半周期期间，二极管针对输入信号和电池电压均正向偏置。因此，二极管导通，并且在整个负周期内只有电池电压出现在输出端。

（2）负偏差

在正半周期期间，二极管针对输入电压和电池电压均反向偏置。因此，二极管会阻断电压，并且信号在整个正半周期内出现在输出端。

负偏差

在负半周期，当输入电压超过电池电压时，二极管导通。因此，当电压低于电池电压时，二极管截止并且输出处出现信号。当输入电压超过时，二极管开始导通，输出端仅出现电池电压。

五、组合限幅电路

组合限幅可以从波形的正半周期和负半周期中限幅一部分。两个二极管彼此并联连接，其中每个二极管都有一个串联的电池或电压源，用于反向偏置相应的二极管。如下所示。

组合限幅电路

该电路的工作原理很简单。如果两个二极管都反向偏置或不导通，则输入信号将出现在二极管两端，并且也会出现在输出处。现在，如果其中一个二极管开始导通，它们各自的电池电压将开始出现在输出端。

在正半周期期间，对于输入电压，二极管 D1 正向偏置，而 D2 反向偏置。但二极管D1和D2分别针对电池电压VB1和VB2反向偏置。

在正半周期期间，二极管D1针对输入电压正向偏置，针对电池电压VB1反向偏置。而二极管 D2 对于输入电压和电池电压 VB2 都反向偏置。

首先，输入电压小于电池电压V B1 ，因此二极管D1处于反向偏置状态。而二极管D2已经处于反向偏置状态。因此，输入信号出现在输出端。当输入电压超过VB1时，二极管D1开始导通，电池电压VB1开始出现在输出端。

在负半周期期间，二极管D1由于输入电压和电池电压VB1两者而反向偏置。二极管D2由于输入电压而正向偏置，但由于电池电压VB2 而反向偏置。

首先，输入电压低于V B2 ，因此二极管D2反向偏置，不导通。二极管D1已经处于反向偏置状态。因此，输入信号出现在输出端。当输入电压超过VB2时，二极管开始导通，输出端出现电池电压VB2 。

六、使用齐纳二极管的限幅电路

齐纳二极管是一种特殊类型的二极管，它不仅可以正向导电（0.7V 压降），而且当电压超过齐纳击穿电压时也可以反向导电。反向电流流动，而其两端的电压保持恒定。因此，齐纳二极管可以充当偏置二极管，而无需使用另一个偏置源。

01半波齐纳二极管限幅电路

齐纳二极管限幅电路的电路图。在正半周期期间，二极管针对输入电压反向偏置。因此，信号出现在输出端。当输入电压超过齐纳电压时，齐纳二极管开始导通，输出端开始出现齐纳电压V Z 。

半波齐纳二极管限幅电路

在负半周期期间，齐纳二极管正向偏置。因此，输出端仅出现二极管正向压降（0.7v）。

02全波齐纳二极管限幅电路

两个齐纳二极管可用于削波输入波形的两半部分。齐纳二极管彼此反向连接，如下图所示。

全波齐纳二极管限幅电路

在正半周期期间，齐纳二极管ZD1反向偏置，而齐纳二极管ZD2正向偏置。起初，ZD1二极管不允许电流通过。因此，信号出现在输出端。

但当输入电压超过齐纳击穿电压时，齐纳二极管开始导通，并且齐纳二极管ZD1的齐纳电压Vz1开始出现在输出处。类似地，在负半周期期间，负波形在 ZD2 的齐纳电压之后被削波。

七、限幅电路的应用

限幅器电路的主要目的是修改信号波形，可用于多种应用，例如过压保护、噪声消除、传输等。

限幅电路提供过压保护，因此在电源中用于限制电压。

用于过滤发射机中的噪声。

用于电视发射机和接收机。

用于修改或生成新波形，例如方波、三角波等。

直接转载来源：今日头条李工谈元器件

审核编辑：汤梓红