二极管钳和夹钳

在本教程中，我们将学习有关二极管剪钳和夹钳。虽然整流是二极管的基本应用，但削波器和夹波器电路同样重要。快钳被称为限制器，夹钳被称为直流恢复器。本教程详细介绍了二极管的削波器和夹波器。

二极管快船队

大多数电子电路，如放大器、调制器和许多其他的都有一个特定的电压范围，在这个电压范围内它们必须接受输入信号。任何幅度大于此特定范围的信号都可能导致电子电路输出的失真，甚至可能导致电路元件的损坏。

由于大多数电子设备工作在一个正电源上，输入电压范围也将在正侧。由于像音频信号这样的自然信号，正弦波形和许多其他波形都包含正周期和负周期，在它们的持续时间内振幅会发生变化。

这些波形和其他信号必须加以修改，使单电源电子电路能够对它们进行操作。

对输入信号进行削波是最常用的技术，它使输入信号处于电子电路的工作范围内。波形的削波可以通过消除穿过电路输入范围的波形部分来实现。

快船可以广泛分为两种基本类型的电路。他们是：

• 系列剪刀
• 分流或平行剪刀

串联削波电路包含一个功率二极管串联负载连接在电路的末端。分流箝位器包含一个与阻性负载并联的二极管。

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遵循输入波形。当二极管处于反向偏置时，它不能传导电流，电路的输出几乎为零伏。

二极管连接的方向决定了限幅输出波形的极性。在串联Clipper电路中，如果二极管反向偏置，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Clipper，因为它剪辑掉输入正弦波形的正半周。

如果二极管是正向偏置，即阳极连接到电源的正极和负极负载，那么电路将是一个负串联Clipper，因为它剪辑掉输入正弦波形的负半周。

该系列削波二极管的输出电压为V_出= V_在，当二极管导通和不导通时，电源施加的输入电压会下降，输出电压为V_出= 0 V。

与串联Clipper电路相比，并联Clipper电路在二极管反向偏置连接时提供输出，当它不导电时。当二极管不导电时，分流组合二极管作为开路，串联电阻和负载电阻都作为分压器。输出电压计算如下:

V_出= V_在[R_加载/（r._加载+ R_系列)]

当二极管导通时，它充当短路，负载上的输出电压将是v_出= 0 V。串联限制电阻与电源串联，以防止二极管短路。

在这种情况下，电路的输出电压应为±0.7伏。它取决于分流钳的极性，而分流钳的极性是由二极管连接的方向决定的。

上面的电路是一个分流clipper电路，它使用直流电源电压偏压二极管。这是二极管开始导电时的偏置电压。当达到偏置电压时，分流削波电路中的二极管开始导通。

削波电路用于多种系统中，以执行以下两种功能之一:

1. 改变波形形状
2. 保护电路免受瞬变

第一申请通常在半波整流器的操作中被注意到将交流电压改变为输出脉动DC波形。瞬态被定义为电流或电压的突然变化，持续时间非常短。剪切电路可用于保护敏感电路免受瞬态效果。

剪切电路的类型

系列-限幅器

这是基本的clipper电路使用一个二极管，它什么也没有，但一个半波整流器。从下面的电路，很明显，二极管是正向偏压期间的正周期，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。

在负周期期间，二极管是反向偏置的并且用作开关。结果，输出电压为零。

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

在那里,V_D为二极管的阈值电压。如果二极管是理想的，那么V_D= 0 V。

积极的限幅器系列

简单地通过反转二极管，我们可以得到如下电路所示的正削波器配置。

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

• 在正半周期期间：输出电压（V_出) = 0 v
• 负半周期:输出电压(V_出) = (V_在+ V_D)伏

在哪里，五_D为二极管阈值电压。

分流积极限幅器

阳极通过电阻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
• 在负半周期期间：输出电压（VO）= VIN伏

并联负限幅器

阴极通过电阻R与电源连接，阳极保持在地电位。

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

串联正剪层带有正偏置电压

正半周期:阴极连接到正电源，阳极保持正偏压电位。

• 当Vin < Vd + Vdc时，输出电压(VO) = (Vin + Vd)伏
• 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，阳极保持正偏压电位。

• 输出电压（VO）=（VIN + VD）

串联正Clipper与正偏置电压连接在串联

正半周期：阳极在地电位处保持，阴极连接到正电压。二极管在整个正半周期期间反向偏置。

• 输出电压(VO) = 0伏

负半周期:阳极保持在地电位，阴极连接到一个负电源。

• 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)伏

带负偏置电压的系列正削波器

正半周期：阴极连接到阳性供应，并且阳极保持在负偏置电位。

• 输出电压(VO) = -Vdc伏

负半周期:阴极连接到负电源，阳极保持负偏压电位。

• 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。

串联正Clipper与负偏置电压连接在串联

正半周期:阳极保持在地电位，阴极观察一个可变电压。二极管在整个正半周期内是正偏置的。

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

负半周期:阳极保持在地电位，阴极观察可变的负电压。二极管在负周期内将正向偏置。

• 输出电压(VO) = (Vin -Vdc +Vd)伏

带正偏置电压的串联负极削波器

正半周期：在这种情况下，阳极连接到正供电，阴极保持在正偏置电位。

• 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

负半周期:在这种情况下，阳极连接到负电源，阴极保持在正偏压电位。

• 输出电压(VO) = + Vdc伏

系列负剪辑，带有正偏置电压串联连接

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

• 当VIN
• 当VIN> VD + VDC时，输出电压（VO）= 0伏特

负半周期:阴极保持在负电位，阳极观察可变的负电压。

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

串联负极削波器，负偏置电压并联

正半周期：在该电路中，阳极连接到正电源，阴极保持在负偏置电位。

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

负半周期:在这个电路中，阳极连接到负电源，阴极保持负偏压电位。

• 输出电压（VO）=（VIN + VD）伏特

系列负剪切器，带负偏压串联连接

正半周期:阴极保持Vdc电压，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)伏

负半周期:阴极保持Vdc电压，阳极观察一个可变的负电压。二极管在负周期中将反向偏置。

• 输出电压(VO) = 0伏

分流正Clipper与正分流偏置电压

正半周期:在这个电路中，阳极连接到正电源，阴极保持在正偏压电位。

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

负半周期:在这个电路中，阳极连接到负电源，阴极保持在正偏压电位。

• 输出电压（VO）= VIN伏

分流正Clipper与负分流偏置电压

正半周期:在这个电路中，阳极节点连接到正电源，阴极保持在负偏压电位。

• 输出电压(VO) = (-Vdc + Vd)伏

负半周期:在这个电路中，阳极连接到负电源，阴极保持负偏压电位。

• 当VIN
• 当Vin > Vdc时，输出电压(VO) = Vin伏

分流负Clipper与正偏置电压

正半周期:阴极连接到正电源，阳极保持正偏压电位。

• 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，阳极保持正偏压电位。

• 输出电压(VO) = (Vdc - Vd)伏

截断两个半波周期

正半周期：在该循环中，第一二极管D1的阴极保持在+ Vdc1，其阳极观察可变正电压。类似地，二极管D2的阳极保持在-Vdc2处，其阴极观察可变正电压。二极管D2在整个正半周期期间将完全反向偏置。

• 当Vin < Vdc1 + Vd1 -二极管D1和d2反向偏置时，输出电压(VO) = Vin伏。
• 当Vin > Vdc1 + Vd1 - Diode D1将正向偏置，D2将反向偏置时，输出电压(VO) = (Vdc1 + Vd1)伏

负半周期：在该循环中，二极管D1的阴极保持在+ Vdc1，其阳极观察可变负电压。类似地，二极管D2的阳极保持在-Vdc2处，其阴极观察可变负电压。二极管D1在整个负半周期期间将完全反向偏置。

• 当Vin < Vdc2 + Vd2 -二极管D1和d2反向偏置时，输出电压(VO) = Vin伏。
• 当VIN> VDC2 + VD2 - 二极管D2将是正向偏置并且D1将是反向偏置的，输出电压（VO）=（-VDC2 - VD2）伏特

在该两个侧夹电路中，可以独立地改变正负剪切水平。这种类型的电路被称为基于的Clipper。它使用两个二极管和两个相反方向连接的电压源。

二极管钳位电路

夹钳也可以称为直流恢复器。箝位电路的设计目的是使输入波形高于或低于直流参考电平，而不改变波形的形状。这种波形的移动导致输入波形的直流平均电压的变化。信号中的峰值电平可以通过箝位器电路进行移位，因此箝位器也可以称为电平移位器。

夹钳大致可分为两类。他们是：

• 正夹子
• 消极的钳位电路

积极的钳位电路:这种箝位电路使输入波形向正方向移动，从而使波形位于直流参考电压之上。

消极的钳位电路:这种箝位电路使输入波形向负方向移动，从而使波形低于直流参考电压。

箝位电路中二极管的方向决定了箝位电路的类型。箝位电路的工作主要基于通过二极管充电和通过负载放电的电容的开关时间常数。

箝位电路的类型

积极的夹子

正箝位器的电路如下所示。在这里，电路由三个主要部分组成:

• 电容器
• 二极管
• 负载

所述二极管与所述负载并联，所述二极管的阴极与所述电容相连，所述二极管的阳极与地相连。

让我们分析一下在启动后以一个负循环开始的电路。在第一个负循环期间，二极管是正向偏置的，并充当闭合开关。因此，电容器充电到输入电压的峰值，我们称之为V_C。

在接下来的正负循环中，由于RC时间常数，电容不会失去很多电荷。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之和。

V_出= V_在+ V_C

在V_C是输入电压的峰值。

从上面的方程可以清楚地看出，上面的电路给输入电压增加了一个正的直流位移。

正参考电压的正箝位器

在正箝位电路中，正参考电压与二极管串联，以便基准电压的正端与二极管的阳极串联。操作类似于上面的电路，除了电容充电到输入电压的峰值加上直流电压。

如果V_P是峰值电压和v_DC.是直流参考，然后电容器电压V_C是V._P+ V_DC.和输出电压V_出是V._在+ V_C。

带负参考电压的正箝位器

在负半周期期间，二极管开始导通并且电容器电荷到V._P- - - - - - V_DC.。

在连续的输入波形的正负半周期间，二极管几乎不导电，因此，输出等于存储在电容中的电压和应用的输入电压的总和。

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

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。钳位电路中使用的电容器可以选择这样的电容器，即它必须非常迅速地充电，而不应该非常剧烈地放电。二极管的阳极与电容器相连，阴极与地相连。

在输入的第一个正半周，二极管处于正偏置，当二极管传导电容很快充电到输入V的峰值_P。

在输入的后续负和正半周期期间，二极管将处于反向偏置，二极管不会导通。输出电压将等于所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伏下移动_P。

带正参考电压的负箝位器

电路的安排非常类似于负箝位电路，但一个直流参考电源串联与二极管。输出波形也类似于负箝位器输出波形，但是它被移向一个等于二极管参考电压的量的正方向。

负夹具具有负参考电压

如果上述情况下的参考电压方向颠倒，并串联连接到二极管，那么在正半周期期间，二极管在施加输入电压之前开始导电。由于阴极有一个非常小的负参考电压小于零伏，波形从零伏特向负方向移动一个量的参考电压。

快船队的应用

1. 用于产生新的波形和/或塑造现有的旧波形。
2. 通过通过与电感负载平行连接二极管，可以将剪刀作为保护晶体管免受瞬态效应的续流二极管。
3. 常用在电源中。
4. 在同步信号分离中存在的复合彩色图像信号。
5. 经常用于调频发射机，用于消除超过一定噪声水平的信号中多余的波纹。

钳位电路的应用

1. 夹子可以经常用于去除扭曲和识别电路的极性。
2. 为了提高反向恢复时间，使用夹钳。
3. 箝位电路可以用作电压倍增器，并将现有波形建模为所需的形状和范围。
4. 夹子广泛用于测试设备和其他声纳系统。