二极管限位与钳位电路
发布时间:2011-12-13 13:45:49 访问次数:3107
有一种二极管电路，称为限位器(limiter或clipper)，
S5H1410X01-Q0可将信号的电压在某个固定值以上，或以下的部分截掉。

另一种二极管电路，称为钳位器，可将直流电压叠加到信号上，或者恢复信号的原有直流幅值。

这一节我们将介绍限位器和钳位器的二极管电路。

在学习完本节的内容后，你应该能够：说明并且分析二极管限位和钳位电路的工作原理；说明二极管限位器的工作原理；计算出加上偏压后的限位器输出电压；使用分压器的偏压方式，设定限位器的幅值；说明二极管钳位器的工作原理。

1.二极管限位器
图2. 34(a)显示的二极管限位器(limiter或者clipper)，会限制或者截掉输入电压的正半周部分。

当输入电压进入正半周期，二极管处于正向偏压状态。

因为二极管的阴极是接地电位(OV)，于是阳极的电位就不能超过0.7V(假设此二极管是硅质)。

于是输入电压超过这个数值时，A点的电位就被限制在10. 7V。

当输入电压降回到0. 7V以下时，二极管就变成反向偏压，而变成开路的状态。

输出电压的波形看起来与输入电压的负半周相似，但是波幅则是由R1和R2所组成的分压器决定，计算式如下：
Vout（R L/+R1+RL）×Vin
如果R1相较RL很小，于是Vout=Vin
如果将二极管反接，如图2.34(b)，则输入电压的负半周会被截掉。

在输入电压的负半周期间，此二极管是处于正向偏压，因为二极管电压降的缘故，A点的电压维持在-0.7V。

当输入电压超过-0.7V，二极管就不再处于正向偏压，于是RL上就出现与输入电压成比例的电压。

(1)加上偏压的限位器
可将偏压y BIAS和二极管串联，就可以调整交流电压的值，如图2.37所示。

在A点的电压必须等于+0.7V，此二极管才会成为正向偏压而导通。

一旦二极管导通后，在A点的电压就会被限制在+0.7V，于是所有高于此幅值的输入电压均会被截掉。

要将输出电压限制在某个负电压幅值，则二极管和偏压必须如图2.38一样串联起来。

在这种情况之下，A点的电压必须低于-VBrAS -0.7V，才能让二极管处于正向偏压状态，因而产生如图所示的限制幅值的效果。

如果将二极管反接，就可将只有正半周期的输入电压才能输出的限位器电路，修改成高于-0.7V的输入电压才能输出，波形如图2.39(a)所示。

同样地，可将只有负半周期的输入电压才能输出的限位器电路，修改成低于 -VBIAS+O.7V的输入电压才能输出，
波形如图2.39(b)所示。

(2)分压器偏压
我们一直使用各种偏压源来说明二极管限位器的基本工作原理，其实可以利用电阻分压器，将直流电源的电压转换成所需要的偏压，如图2.42所示。

偏压值按照下述的分压公式中的电阻值，计算出来： V BIAS=R3/R2+R3×V SUPPLY
正偏压限位器显示在图2.42(a)，而负偏压限位器则显示在图2.42(b)，可调式正偏压限位器则显示在图2.42(c)。

达些设定偏压的电阻值，必须相对于RL很小，使流经二极管的正向电流不会影响到偏压。

2.二极管钳位器
钳位器可以将直流电压加到交流信号的电压上。

钳位器有时又称为直流重置器(DC restorer)。

图2.45显示的二极管钳位器，可将正直流值加入输出的波形。

此电路的运作是由输入电压的第一个负半周开始。

当输入电压开始进入负半周期，二极管成为正向偏压，使电容器充电到接近输入电压的峰值(-0.7 V)，如图2.45(a)所示。

在刚越过负半周的峰值后，二极管就成为反向偏压。

这是因为电容器会将二极管的阴极维持在-0.7V的电压。

电容器只能通过高阻抗值的放电。

因此，由前一个负半周峰值到下一个负半周峰值期间，电容器只会释放很少的电量。

释放的电量当然是由RL的阻抗值决定。

若要有良好的钳位效果，RC的时间常数最少必须是输入电压周期的十倍。

钳位器的作用，就是使电容器电压维持在输入电压的峰值减去二极管电压降。

电容器屯压基本上可视为与输入电压串联的一个电池。

RL电容器的电压会与输入电压重叠相加，如图2.45(b)所示。

如果将二极管反接，就会有一个负直流电压与输入电压相加，产生如图
2.46所示的输出电压波形。

钳位器电路通常应用于电视机，作为直流电压重置器。

接收到的合成视频信号，通常是通过电容器耦合到放大器，因此会将信号中的直流部分滤除掉，造成黑白参考幅值和遮没幅值的丧失。

在将信号送入影像管之前，必须恢复这些参考幅值。

VDC≈（1一1/2fRLC)）×Vp(rect)。