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二极管的简单应用之一――钳位电路

作者:dolphin时间:2012-10-31

钳位电路(Clamping Circuit)跟前面所说的限幅电路不同,它的作用不是限制信号的电压幅值,而是把整个信号幅值进行直流平移。最后的输出波形与输入波形的形状不变,只是在输入信号的基础上增加了直流分量。该直流分量的大小取决于电路本身的具体参数。
钳位电路的应用也很多,在我们家里的彩色电视机里有它的身影。在其中它起到恢复电视亮度信号的直流分量。稍微想一下,电视的信号肯定不是有规律的波形,那么钳位电路肯定不用知道确切的波形,就能把直流分量调出来。
那么二极管在会充当什么角色呢?还是先来看看下图的二极管钳位电路:

以正弦信号为例:输入为vi=Vmsin(ωt)来分析该电路是如何钳位的。为了简单起见,设电容的初始电压VC(0)=0,二极管D是理想的。则当时间t由0时刻增至T/4时,vi达到其峰值Vm,电容的电压也被充至峰值Vm。随之,vi下降,很显然,二极管处于反偏截至状态,电容的电压没有地方放电,只能保持Vm不变。因而可得输出电压vo=-vc+vi=-Vm+Vmsin(ωt)。由此可见,输出电压被钳住了,输出与输入的波形相同,不同的只是输出波形进行了-Vm的直流平移。
下图是上图仿真结果的波形图的比较:

正弦波形

三角波形
对上面的波形图说明一下:红色为输入波形,黑色为输出波形。大家可能有疑问了。根据上面的原理分析这不对啊!不是反了吗?对!是反了!不过不是我说反了,而是我把二极管接反了。这就对了!二极管的方向只是影响直流平移的方向而已。也就是正移和负移。看看二极管又是功不可没啊!
大家可以从上面波形图看到,输出的波形相对输入波形抬高了,即多加了一个直流分量,两者的波形形状没有发生变化。这也就完成了钳位功能。
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钳位电路
(1)功能:将输入讯号的位准予以上移或下移,并不改变输入讯号的波形。
(2)基本元件:二极管D、电容器C及电阻器R(直流电池VR)。
(3)类别:负钳位器与正钳位器。
(4)注意事项
D均假设为理想,RC的时间常数也足够大,不致使输出波形失真。
任何交流讯号都可以产生钳位作用。
负钳位器
(1)简单型

工作原理
Vi正半周时,DON,C充电至V值,Vo=0V。
Vi负半周时,DOFF,Vo=-2V。
(2)加偏压型

工作原理
Vi正半周时,二极管DON,C被充电至V值(左正、右负),Vo=+V1(a)图或-V1(b)图。
Vi负半周时,二极管DOFF,RC时间常数足够大,Vo=VC+Vi(负半周)=2V。
几种二极管负钳位器电路比较

正钳位器
(1)简单型

工作原理
Vi负半周时,DON,C充电至V值(左负、右正),Vo=0V。
Vi正半周时,DOFF,Vo=VC+Vi(正半周) =2V。
(2)加偏压型

判断输出波形的简易方法
1 由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。
2 由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动,若二极管的方向为

,则波形必须向上移动;若二极管的方向为

,则波形必须往下移动。
3 决定参考点与方向后,再以参考点为基准,将原来的波形画于输出坐标轴上,即为我们所求。
几种二极管正钳位器电路比较



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