二极管限幅电路讲解

Word二极管限幅电路讲解今天我们来一起学习（二极管）限幅（Clipper）电路。

大多数电子电路（如（放大器）、调制器和许多（其他电路））都要求输入（信号）在特定的电压范围内。任何幅度超过规定电压范围的信号都会在输出时失真，严重的可能导致电路器件损坏。

为了让输入信号在处理电路的电压要求范围内，通常需要对波形进行削波（clip（pi）ng）。对波形进行削波可以“限幅”输入信号的一部分，但不会影响剩余部分。

根据电路中二极管的位置，限幅电路分为两种：

串联限幅电路（SeriesClippe（rs））

并联限幅电路（ParallelClippersorShuntClippers）

串联限幅电路中二极管和负载串联，并联限幅电路中二极管和负载并联。

下图分别是串联和并联限幅电路：

串联和并联限幅电路

串联负向限幅电路

下图是串联负向限幅电路（SeriesNega（ti）veClipper），也被称为半波整流电路（half-waverectifier）：

串联负向限幅电路

现在让我们看看为什么这个电路被称为串联负向限幅电路，我们使用正弦信号进行分析：

使用正弦信号分析串联负向限幅电路

在输入信号的正半周，二极管正向偏置并处于导通状态。因此，二极管导通，输入信号的正半周出现在输出。对于理想二极管，二极管两端的压降为0V，当它正向偏置时，可以把二极管等效为一段导线。在此期间，输出与输入完全相同，因此输出电压恰好等于输入信号的正半周：

正半周二极管导通相当于短路

在输入信号的负半周期间，二极管反向偏置。因此二极管处于关断状态，造成开路。因此，在此期间没有输出。电路“剪掉”了输入信号的负半周。这就是为什么这个电路被称为串联负向限幅电路。等效电路如下：

负半周二极管截止相当于开路

上面是理想电路的分析，实际二极管是压降的，我们假设它的压降为Vf：

正半周期间，输出电压Vout=Vin-Vf

负半周期间，输出电压Vout=0V

我们用下面的电路测试串联负向限幅电路：

串联负向限幅电路

覆铜板上焊接完的电路如下：

覆铜板上的串联负向限幅电路

波形截图如下：

串联负向限幅电路波形图

如果你仔细看正弦波的整流波形，会发现波形顶部少了一块。那是因为完美的二极管是不存在的。所有的二极管都有一个所谓的正向压降(VoltagedroporVf)。这意味着每当（电流）正向流过二极管时，电压通常会降低0.7伏左右。

串联正向限幅电路

只需要将二极管掉个个，我们就可以得到串联正向限幅电路（SeriesPositiveClipper）：

串联正向限幅电路

在输入信号的正半周期间，二极管反向偏置。因此二极管处于断开状态，相当于此处开路。因此，在此期间没有输出。电路“剪掉”了输入信号的正半周。等效电路如下：

正半周二极管截止相当于开路

在输入信号的负半周，二极管正向偏置并处于导通状态。因此，二极管导通，输入信号的负半周出现在输出。在理想分析中，二极管两端的压降为0V，当它正向偏置时，可以把二极管等效为一段导线。在此期间，输出与输入完全相同。等效电路如下：

负半周二极管导通相当于短路

实际电路中二极管两端会有压降，假设压降为Vf,则实际情况如下：

正半周期间：输出电压Vout=0V

负半周期间：输出电压Vout=Vin+Vf

注意，负半周Vin为负。Vf是二极管的正向压降。

我们用下面的电路测试串联正向限幅电路：

串联正向限幅电路

覆铜板上焊接完的电路如下：

覆铜板上的串联正向限幅电路

左边的是之前焊接的串联负向限幅电路，右边的是串联正向限幅电路

波形截图如下：

串联正向限幅电路波形图

并联正向限幅电路

下面是并联正向限幅电路（ShuntPositiveClipper）：

并联正向限幅电路

在输入信号的正半周，二极管正向偏置并处于“导通状态”。因此，对于理想二极管，可以把此时的二极管等效成一段导线。这会导致电阻右侧对地短路。因此，输出也对地短路，所以，在此期间，没有输出。等效电路如下：

正半周二极管导通相当于导通

在输入信号的负半周，二极管反向偏置并处于“截止”状态。这导致电路中的电阻与地的连接断开。进而导致输出与输入并联。因此，输入信号会出现在输出上。观察最终的输出波形，输入信号的正半周被“削掉（clippedoff）”了,因此这个电路被称为并联正向限幅电路（positiveparallelclipper)。等效电路如下：

负半周二极管截止相当于开路

实际电路中二极管两端会有压降，假设压降为Vf,则实际情况如下：

正半周期间：输出电压Vout=Vf

负半周期间：输出电压Vout=Vin

我们用下面的电路测试并联正向限幅电路：

并联正向限幅电路

覆铜板上焊接电路如下：

覆铜板上的并联正向限幅电路

（示波器）波形截图如下：

并联正向限幅电路波形图

并联负向限幅电路

把上面电路中二极管掉个个，电路将会变为一个并联负向限幅电路（ShuntNegativeClipper）：

并联负向限幅电路

此电路中，在输入信号的正间隔期间，二极管反向偏置，因此开路。在正半周，输出与输入信号直接平行。因此，输入信号会出现在输出上。而在输入信号的负半周，二极管正向偏置并因此短路。在此期间，输出电压理想情况下等于0V。等效电路如下：

正半周截止相当于开路，负半周导通相当于短路

实际电路中二极管两端会有压降，假设压降为Vf,则实际情况如下：

正半周期间：输出电压Vout=Vin

负半周期间：输出电压Vout=-Vf

我们用下面的电路测试并联负向限幅电路：

并联负向限幅电路

覆铜板上焊接电路如下：

覆铜板上的并联负向限幅电路

左边的是之前焊接的并联正向限幅电路。

示波器波形截图如下：

并联负向限幅电路波形图

双向限幅电路

如果我们如图所示反向并联两个二极管，那么正负半周都会被削波（ClippingofBothHalfCycles），因为二极管D1削波了正弦输入波形的正半周，而二极管D2削波了负半周：

双向限幅电路

对于理想二极管，上面的输出波形为零。然而，由于二极管上的正向偏置电压降，实际的削波点分别出现在0.7伏和–0.7伏。

偏置限幅电路

上面的限幅电路在零伏或者更准确的说二极管正向压降Vf处进行限幅，但可以通过添加偏置电压将限幅电压设置为任何所需值。

偏置并联正向限幅电路

下图是正偏置并联正向限幅电路（ShuntPositiveClipperwithPositiveBiasVoltage）:

正偏置并联正向限幅电路

将偏置电压Vbias与二极管串联可以产生任意电平的二极管限幅电路。串联组合两端的电压必须大于Vbias+0.7V二极管才能导通。例如，如果Vbias电平为4.0V,那么二极管正极的电压必须大于4.0+0.7=4.7V才能让二极管导通。任何高于此偏置电压的电平会被剪掉。

在输入信号的正半周，当输入信号从0V上升到Vf+Vbias时，二极管处于截止状态，输出信号等于输入信号。当输入信号大于Vf+Vbias时，二极管导通，此时，输出等于Vf+Vbias:

当VinVf+Vbias,输出Vout=Vf+Vbias

在输入信号的负半周，二级管处于截止状态，输出信号等于输入信号：

Vout=葡萄酒

偏置并联负向限幅电路

下图是负偏置并联负向限幅电路（ShuntNegativeClipperwithNegativeBiasVoltage）:

负偏置偏置并联负向限幅电路

电路中，偏置（电源）的负极反向偏置二极管，只有当输入信号小于-Vbias-0.7V时二极管才会导通。

在输入信号信号的正半周，二极管处于截止状态，输出信号等于输入信号：

Vout=Vin

在输入信号的负半周，当输入信号大于-Vbias-0.7V时，二极管截止，输出信号等于输入信号；当输入信号小于-Vbias-0.7V时，二极管导通，输出信号等于-Vibas-07.V：

当Vin>-Vbias-0.7V,输出Vout=Vin

当Vin<-Vbias-0.7V,输出Vout=-Vbias-0.7V

总结

串联限幅电路二极管导通时允许输入信号通过，并联限幅电路二极管截止时允许输入信号通过。

串联限幅电路通过的信号有0.7V左右的降幅，并联限幅电路通过的信号没有降幅，完整通过。

串联限幅电