二极管钳和夹钳

在本教程中，我们将学习二极管剪刀和钳。尽管整流是二极管的基本应用，但快板和箝位电路同样重要。剪刀被称为限制器和夹钳被称为直流恢复器。本教程提供了关于二极管剪钳和夹钳的深入信息。

二极管快船队

大多数电子电路，如放大器、调制器和许多其他电路都有一个特定的电压范围，在这个范围内它们必须接受输入信号。任何振幅大于这一特定范围的信号都可能引起电子电路输出的失真，甚至可能导致电路损坏电路元件．

由于大多数电子设备工作在一个单一的正电源，输入电压范围也将是积极的一面。由于自然信号，如音频信号，正弦波和许多其他波形包含正和负周期在其持续时间的变化幅度。

这些波形和其他信号必须经过修改，以使单电源电路能够对它们进行操作。

对波形进行裁剪是应用于输入信号的最常见的技术，以使其适应于电子电路的工作范围内。波形的裁剪可以通过消除穿过电路输入范围的波形部分来完成。

快速电路大致可分为两种基本类型。它们是:

• 系列快船
• 分流或并联剪线器

串联削波电路包含一个串联的功率二极管，负载连接在电路的末端。并联削波器包含一个与电阻负载并联的二极管。

半波整流电路类似于串联削波电路。如果串联削波电路中的二极管处于正向偏置状态，则负载处的输出波形跟随输入波形。当二极管处于反向偏置，无法导电时，电路的输出电压接近零伏。

二极管连接的方向决定了剪切输出波形的极性。在串联削波电路中，如果二极管是反向偏置的，即阴极连接到电源的正端，阳极连接到负载，电路将是一个正串联削波，因为它剪掉输入正弦波形的正半周期。

如果二极管是正向偏置的，即阳极连接到电源的正极，阴极连接到负载，那么电路将是一个负串联削波器，因为它剪掉输入正弦波形的负半周期。

该系列削波二极管输出电压为V_出= V_在当二极管导通并且当不导以时，电源施加的输入电压将被掉落并具有V的输出电压_出= 0 V。

与串联断流电路相比，并联断流电路在二极管反向偏置连接和不导通时提供输出。当二极管不导通时，并联二极管作为开路，串联电阻和负载电阻作为分压器。输出电压计算如下:

V_出= V_在[R_负载/ (R_负载+ R._系列)]

当二极管是导电的，它作为一个短路和输出电压的负载将是V_出= 0 V。串联限流电阻与电源串联，防止二极管短路。

在这种情况下，电路的输出电压应为±0.7伏特。它取决于分路剪切器的极性，而极性是由二极管连接的方向决定的。

上面的电路是分流器剪辑电路，其使用直流电源电压偏置二极管。它是二极管开始导通的偏置电压。当达到偏置电压时，分流器电路中的二极管开始进行。

剪刀电路用于各种系统中以执行两个功能之一：

1. 改变波形形状
2. 保护电路不受瞬变影响

第一个应用通常被注意到在半波整流器的操作中，它将交流电压变为输出脉动直流波形。暂态是指持续时间极短的电流或电压的突然变化。克利波电路可以用来保护敏感电路不受瞬态影响。

快船电路类型

系列-限幅器

这是基本的clipper电路使用一个二极管，它只是一个半波整流器。从下面的电路，很明显，二极管是正向偏置期间，它作为一个闭合开关。因此，输出电压等于输入电压的正一半。

在负循环期间，二极管反向偏置并作为一个开路开关。结果，输出电压为零。

• 输出电压(V_出= (V_在- - - - - - V_D）伏特
• 输出电压(V_出)在负半周期= 0伏

在那里,V_D是二极管的阈值电压。如果二极管是理想的，那么V._D= 0 V。

积极的限幅器系列

简单地通过反向二极管，我们可以得到一个正的削波器配置如下所示的电路。

阴极连接到电源的正极，阳极连接到负载，这使得二极管反向偏置为正循环，正向偏置为负循环。

• 正半周期:输出电压(V_出）= 0 V
• 在负半周期:输出电压(V_出) = (V_在+ V._D）伏特

在那里,V_D是二极管阈值电压。

分流积极限幅器

阳极通过电阻器R与电源相连，阴极处于地电位。

• 在正半周期:输出电压(VO) = Vd伏
• 在负半周期:输出电压(VO) = Vin Volts

并联负限幅器

阴极通过电阻器R连接到电源，并且阳极保持在地电位。

• 在正半周期期间：输出电压（VO）= VIN伏
• 在负半周期:输出电压(VO) = - Vd伏

带有正偏置电压的系列正削波器

正半周期：阴极连接到阳性供应，并且阳极保持在正偏置电位。

• 当VIN
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = + Vdc伏特

负半周期：阴极连接到负电源，并且阳极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = (Vin + Vd)

带正偏置电压的串联正削器

正半周期:阳极保持在地电位，阴极连接到一个正电压。二极管在整个正半周期内反向偏置。

• 输出电压(VO) = 0伏

负半周期:阳极保持在地电位，阴极连接到负电源。

• 当Vin < Vd + Vdc时，输出电压(VO) = 0伏
• 当Vin > Vd +Vdc时，输出电压(VO) = (Vin +Vdc +Vd) Volts

带有负偏置电压的系列正削波器

正半循环:阴极连接到正电源，阳极保持在负偏置电位。

• 输出电压(VO) = -Vdc伏特

负半周期:阴极连接到负电源，阳极保持在负偏置电位。

• 当Vin < Vd + Vdc时，输出电压(VO) = - Vdc伏。
• 当VIN> VD + VDC时，输出电压（VO）=（VIN + VD）伏特。

带负偏置电压的串联正削器

正半周期：阳极保持在地电位，阴极观察可变电压。二极管在整个正半周期内是正向偏置的。

• 当Vin < Vdc - Vd时，输出电压(VO) = (Vin - Vdc +Vd) Volts
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = 0伏

负半周期：阳极保持在地电位，阴极观察可变负电压。二极管将在负周期期间向前偏置。

• 输出电压(VO) = (Vin -Vdc +Vd)伏特

带有正偏置电压的系列负削波器

正半循环:在这种情况下，阳极连接到正电源，阴极保持在正偏置电位。

• 当VIN
• 当VIN> VD + VDC时，输出电压（VO）=（VIN - VD）伏特

负半周期:在这种情况下，阳极连接到负电源，阴极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = + Vdc伏特

带有正偏置电压的串联负削波器

正半周期:阴极保持在负电位，阳极观察可变电压。二极管在整个正半周期内是正向偏置的。

• 当Vin < Vd +Vdc时，输出电压(VO) = (Vin +Vdc - Vd)伏
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = 0伏

负半周期:阴极保持在负电位，阳极观察可变负电压。

• 当Vin < Vdc - Vd时，输出电压(VO) = (Vin +Vdc - Vd) Volts
• 当Vin > Vdc - Vd时，输出电压(VO) = 0伏

系列负剪切器具有负偏置电压并联连接

正半循环:在这个电路中，阳极连接到正电源，而阴极保持在负偏置电位。

• 当VIN
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = + Vdc伏特

负半周期：在该电路中，阳极连接到负电源，并且阴极保持在负偏置电位。

• 输出电压(VO) = (Vin + Vd)伏

带有负偏置电压的串联负削波器

正半周期：阴极保持在VDC，阳极观察可变电压。

• 当Vin < Vd + Vdc时，输出电压(VO) = 0伏
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = (Vin -Vdc -Vd) Volts

负半周期:阴极保持在Vdc，阳极观察一个可变的负电压。在负循环期间，二极管将反向偏置。

• 输出电压（VO）= 0伏特

具有正分流偏置电压的分流正分压器

正半循环:在这个电路中，阳极连接到正电源，阴极保持在正偏置电位。

• 当Vin < Vd + Vdc时，输出电压(VO) = Vin Volts
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = (Vd + Vdc)伏

负半循环:在这个电路中，阳极连接到负电源，阴极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = Vin Volts

分流正剪层，带有负分流偏压电压

正半周期：在该电路中，阳极节点连接到正电源，阴极保持在负偏置电位。

• 输出电压(VO) = (-Vdc + Vd)伏

负半周期：在该电路中，阳极连接到负电源，阴极保持在负偏置电位。

• 当Vin < Vdc时，输出电压(VO) = (-Vdc + Vd) Volts
• 当VIN> VDC时，输出电压（VO）= VIN VOLTS

带有正偏置电压的分流负削波器

正半周期：阴极连接到阳性供应，并且阳极保持在正偏置电位。

• 当Vin < Vdc - Vd时，输出电压(VO) = (Vdc - Vd)伏
• 当VIN> VDC - VD时，输出电压（VO）= VIN伏

负半周期：阴极连接到负电源，并且阳极保持在正偏置电位。

• 输出电压（VO）=（VDC - VD）伏特

剪切两个半波周期

正半周期:在这个周期中，第一二极管D1的阴极保持在+Vdc1，其阳极观察到可变的正电压。类似地，D2二极管的阳极保持在-Vdc2，其阴极观察到一个可变的正电压。二极管D2将在整个正半周期完全反向偏置。

• 当Vin < Vdc1 + Vd1时，二极管D1和d2反向偏置，输出电压(VO) = Vin伏。
• 当VIN> VDC1 + VD1 - 二极管D1将被向前偏置并且D2将是反向偏置的，输出电压（VO）=（VDC1 + VD1）伏特

负半周期:在此周期中，二极管D1的阴极保持在+Vdc1，阳极观察到可变的负电压。类似地，二极管D2的阳极保持在-Vdc2，其阴极观察到可变的负电压。二极管D1将在整个负半周期完全反向偏置。

• 当Vin < Vdc2 + Vd2时，二极管D1和d2反向偏置，输出电压(VO) = Vin伏。
• 当Vin > Vdc2 + Vd2 -二极管D2正向偏置，D1反向偏置时，输出电压(VO) = (-Vdc2 - Vd2)伏特

在这种双侧削波电路中，正负削波电平可以独立变化。这种类型的电路被称为并行削波器。它使用两个反向连接的二极管和两个电压源。

二极管钳位电路

钳位器也可以称为直流恢复器。锁模电路的目的是在不改变波形形状的情况下，将输入波形移到直流参考电平之上或之下。这种波形的移动导致直流电压的变化平均电压输入波形。信号中的峰值电平可以使用箝位电路来移位，因此箝位器也可以称为电平移位器。

夹钳大致可分为两种类型。它们是:

• 积极的钳位电路
• 负夹子

积极的钳位电路:这种类型的钳位电路在正方向上移动输入波形，结果是波形位于DC参考电压之上。

负夹具：这种类型的钳位电路在负方向上移动输入波形，结果波形位于DC参考电压以下。

夹紧电路中的二极管的方向确定夹持电路的类型。夹紧电路的操作主要基于电容器的切换时间常数，其通过二极管充电并通过负载排出。

夹具电路的类型

积极的钳位电路

正夹板的电路显示在下面的电路中。这里，电路由三个主要元素组成：

• 电容器
• 二极管
• 负载

二极管与负载并联，二极管的阴极与电容器相连，阳极与地面相连。

让我们在启动后从负周期开始分析电路。在第一负循环期间，二极管被向前偏置并用作闭合开关。结果，电容器收取峰值输入电压，我们将称为v_C．

在接下来的正负循环中，由于RC时间常数，电容器不会损失太多的电荷。因此，二极管基本上保持反向偏置。

因此，输出电压是施加的输入电压和存储在电容器上的电荷的总和。

V_出= V_在+ V._C

在V_C为输入电压的峰值。

从上面的方程，可以清楚地看到，上面的电路增加了一个正的直流位移的输入电压。

具有正参考电压的正夹板

在正箝位电路中，正参考电压与二极管串联，使参考电压的正端与二极管的阳极串联。操作类似于上述电路，除了电容充电峰值的输入电压加上直流电压。

如果V_P是峰值电压和V_直流是直流基准，那么电容电压V_C是V_P+ V._直流输出电压V_出是V_在+ V._C．

具有负参考电压的正夹板

在负半周期，二极管开始导电，电容器充电到V_P- - - - - - V_直流．

在输入波形的连续正和负半周期期间，二极管几乎不进行，结果，输出等于存储在电容器中的电压和和施加的输入电压之和。

随着V_C= V_P- - - - - - V_直流，输出电压为V_在+ V._C= V_在+ (V_P- - - - - - V_直流)．位移仍然是正的，但比峰值小V_直流．

消极的钳位电路

负箝位电路由一个与负载并联的二极管组成。在箝位电路中使用的电容器可以选择这样，它必须快速充电，不应该放电非常剧烈。二极管的阳极与电容器相连，阴极与地面相连。

在输入的第一正半周期期间，二极管处于向前偏置，并且当二极管传导电容器电荷非常快地到输入V的峰值_P．

在随后的负半周期和正半周期的输入，二极管将在反向偏置和二极管将不导电。输出电压将等于施加的输入电压和存储在电容器中的电荷之和。输出波形与输入波形相同，但在0伏以下移动V_P．

负钳位与正参考电压

电路结构与负箝位电路非常相似，但直流参考电源与二极管串联。输出波形也类似于负箝位器输出波形，但它向正方向偏移的量等于二极管的参考电压。

负参考电压箝位器

如果上述情况中的参考电压方向是反向的，并串联到二极管上，那么在正半周期间，二极管在施加输入电压之前开始传导电流。由于阴极具有小于零伏的非常小的负参考电压，因此波形从0伏向负方向偏移一个参考电压的量。

快船的应用

1. 用于生成新的波形和/或塑造现有的旧波形。
2. 快板可以作为自由流动的二极管，通过将二极管与感性负载并联，保护晶体管不受瞬态效应的影响。
3. 常用电源。
4. 将存在的同步信号从复合彩色图像信号中分离出来。
5. 常用于调频发射机，用于去除信号中超过一定噪声水平的多余波纹。

钳位电路的应用

1. 钳位器经常用于消除电路的畸变和识别电路的极性。
2. 为提高反向恢复时间，采用夹钳。
3. 夹紧电路可用作电压倍增器，并用于将现有波形建模到所需的形状和范围。
4. 夹具广泛应用于测试设备和其他声纳系统中。