二极管钳位电路说明

二极管限幅器，也称为二极管限幅器，是一种波形整形电路，可以输入波形并剪切或切断其上半部分，下半部分或两个一起。

输入信号的这种削波产生的输出波形类似于输入的扁平版本。例如，半波整流器是一个限幅器电路，因为所有低于零的电压都被消除了。

但二极管钳位电路可以用于各种应用来修改输入使用信号和肖特基二极管的波形或使用齐纳二极管提供过压保护，以确保输出电压不会超过一定水平，保护电路免受高压尖峰的影响。然后二极管限幅电路可用于限压应用。

我们在信号二极管教程中看到，当二极管正向偏置时，它允许电流通过自身钳位电压。当二极管反向偏置时，没有电流流过它，其端子上的电压不受影响，这是二极管限幅电路的基本操作。

虽然二极管限幅电路的输入电压可以有任何波形形状，我们假设输入电压是正弦波。考虑下面的电路。

正二极管钳位电路

在这个二极管限幅电路中在正弦输入波形的正半周期期间，二极管正向偏置（阳极比阴极更正）。为使二极管变为正向偏置，它必须具有大于+0.7伏的输入电压幅度（对于锗二极管为0.3伏）。

当发生这种情况时，二极管开始导通并保持电压自身恒定在0.7V，直到正弦波形低于该值。因此，在正半周期期间，在二极管上获得的输出电压不会超过0.7伏。

在负半周期期间，二极管反向偏置（阴极比阳极更正）阻止电流流过本身并且因此对正常电压的负半部分没有影响，该正负电压不加改变地传递到负载。因此，二极管限制了输入波形的正半部分，称为正限幅电路。

负二极管钳位电路

这反过来也是如此。二极管在正弦波形的负半周期期间正向偏置，并将其限制或限幅为-0.7伏，同时允许正半周期在反向偏置时不变。由于二极管限制了输入电压的负半周，因此称为负限幅电路。

两个半周期的剪切

如果我们如图所示反向并联连接两个二极管，那么正半周和负半周将被截断为二极管 D 1 截断正弦输入波形的正半周，而二极管 D 2 截断负半周期。然后二极管限幅电路可用于限制正半周期，负半周期或两者。

对于理想二极管，上面的输出波形将为零。然而，由于二极管上的正向偏压降，实际的削波点分别出现在+0.7伏和-0.7伏。但是我们可以通过将更多的二极管串联在一起，将这个±0.7V的阈值增加到我们想要的任何值，直到正弦波形的最大值（ V PEAK ）产生0.7伏的倍数，或者通过向二极管添加电压偏置。

偏置二极管钳位电路

为不同电平的电压波形产生二极管限幅电路，偏置电压， V BIAS 与二极管串联，以产生如图所示的组合限幅器。在二极管充分正向偏置导通之前，串联组合两端的电压必须大于 V BIAS + 0.7V 。例如，如果 V BIAS 电平设置为4.0伏，那么二极管阳极端子的正弦电压必须大于4.0 + 0.7 = 4.7伏因为它变得有偏见。高于此偏置点的任何阳极电压电平都会被截断。

正偏置二极管剪切

同样，通过反转二极管和电池偏置电压，当二极管导通时，输出波形的负半周期保持在 -V BIAS -0.7V 如图所示。

负偏置二极管剪辑

可变二极管削波或二极管可以通过改变二极管的偏置电压来实现限制电平。如果要钳制正半周和负半周，则使用两个偏置限幅二极管。但对于正负二极管钳位，偏置电压不必相同。正偏压可以是一个电平，例如4伏，负偏压可以是另一个，例如6伏，如图所示。

不同偏压电平的二极管钳位

当正半周期电压达到+4.7 V时，二极管 D 1 导通并限制波形为+4.7 V.二极管 D 2 直到电压达到-6.7 V才导通。因此，所有正电压都高于+4.7 V且低于-6.7 V的负电压会自动削减。

偏置二极管限幅电路的优点是可以防止输出信号在输入波形的两个半周期内超过预设电压限值，这可能是一个输入来自嘈杂的传感器或电源的正负电源轨。

如果二极管限幅电平设置得太低或输入波形太大，那么消除两个波形峰值可能会结束方波形状d波形。

齐纳二极管钳位电路

使用偏置电压意味着可以精确控制截断的电压波形量。但是使用电压偏置二极管限幅电路的主要缺点之一是它们需要额外的电动势电池源，这可能是也可能不是问题。

在不需要额外电动势电源的情况下创建偏置二极管限幅电路的一种简单方法是使用齐纳二极管。

如我们所知，齐纳二极管是另一种特殊的二极管制造成在其反向偏置击穿区域中工作，因此可用于电压调节或齐纳二极管限幅应用。在正向区域，齐纳管的作用就像普通的硅二极管，导通时正向压降为0.7V（700mV），与上述相同。

然而，在反向偏置区域，电压被阻断，直到达到齐纳二极管击穿电压。此时，通过齐纳二极管的反向电流急剧增加，但器件两端的齐纳电压 V Z 保持不变，即使齐纳电流 I Z 变化。

然后我们可以通过使用它们来剪切波形来使这个齐纳动作产生良好效果，如图所示。

齐纳二极管剪切

齐纳二极管的作用类似于偏置二极管限幅电路，偏置电压等于齐纳击穿电压。在该电路中，在波形的正半周期间，齐纳二极管反向偏置，因此波形被钳位在齐纳电压上， V ZD 1 。在负半周期内，齐纳管的作用类似于正常的二极管，具有通常的0.7V结值。

我们可以通过使用齐纳二极管反向电压特性来进一步发展这一想法，以便使用波形的两半进行限幅串联背靠背齐纳二极管如图所示。

全波齐纳二极管剪切

全波齐纳二极管限幅电路的输出波形类似于之前的电压偏置二极管限幅电路。输出波形将被齐纳在齐纳电压加上另一个二极管的0.7V正向电压降。因此，例如，正半周期将被钳位在齐纳二极管之和， ZD 1 加上0.7V来自 ZD 2

齐纳二极管采用多种电压制造，可用于在每个半周期给出不同的电压基准，与上述相同。齐纳二极管可提供齐纳击穿电压， V Z 范围为2.4至33伏，典型容差为1或5％。请注意，一旦在反向击穿区域导通，全电流将流过齐纳二极管，因此必须选择合适的限流电阻 R 1 。

二极管削波概述

除了用作整流器之外，二极管还可用于夹住特定直流电平的波形的顶部，底部或两者，并将其传递给输出失真，。在上面的例子中，我们假设波形是正弦波，但理论上可以使用任何形状的输入波形。

二极管钳位电路用于消除幅度噪声或电压尖峰，电压调节或从现有信号产生新波形，例如将正弦波形的峰值平方以获得如上所示的矩形波形。

“二极管削波”的最常见应用是作为飞轮或续流二极管并联连接在感性负载上，以保护开关晶体管形成反向电压瞬变。