二极管钳位电路类型及原理

钳位电路用于钳位输出信号的直流电平而不会使波形失真，即它们是电平移位器电路。钳位电路可以使用电容器、二极管和电阻器来设计。

值得注意的是，限幅器和钳位器之间的区别在于，限幅器电路改变波形的形状，而钳位器只是操纵输出信号的直流电平。

另外，在选择电阻器和电容器时，必须了解电容器的放电时间，因为它会保持波形的时间周期，所以它必须比一半的时间周期大得多，这样电容器才能缓慢放电。电解电容不能用于钳位电路，因为它们的充电和放电速度很慢。放电时间 ( ) 可使用以下公式计算：

t(Tau) = RC

其中R是电路中使用的电阻，C是电容器的电容。

基于钳位的钳位电路主要有三种类型：

• 正夹钳
• 负夹钳
• 偏压钳

正夹钳

当负周期钳位/移位高于零电压电平时，钳位器电路称为正钳位器，因为整个信号都移到正侧。这是一个非常简单的电路设计，只需要按照下面的电路图：

正钳位电路波形：

首先将变压器的12V（交流电源）引脚连接到电容器，然后将二极管的负极端子连接到电容器的另一端，将正极端子连接到变压器的0V引脚。现在将一个10K电阻与二极管并联。如下图所示，将示波器的通道A连接到输入侧，通道B连接到输出侧。然后打开变压器和示波器，将两个通道都调到0V线，这时会看到通道B向上移动，如下图所示：

在第一个正半周期期间，二极管反向偏置，电容器不会在峰值处充电。但在负半周期期间，二极管正向偏置，电容器在其峰值V m处充电。输出电压变为：

V o = V i + V m

其中，V i是输入电压，V o是输出电压，V m是电容器充电的最大电压。因此，输出移动了+ V m电平。这种转变完全取决于电容器存储的电荷。

负夹钳

当正周期钳位/移动到零电压电平以下时，钳位器电路称为负钳位器，因为整个信号都移动到负侧。构建负钳位器的电路图如下所示：

负钳位电路波形：

首先将变压器的12V（交流电源）引脚连接到电容器，然后将二极管的正极端子连接到电容器的另一端，将负极端子连接到变压器的0V引脚。现在将一个10K电阻与二极管并联。如下图所示，将示波器的通道A连接到输入侧，通道B连接到输出侧，打开变压器和示波器，将两个通道都调到0V线，这时会看到通道B向下移动，如下图所示。通道 A 为黄色，通道 B 为蓝色。

在第一个正半周期期间，二极管正向偏置，电容器在峰值V m处充电，而在负半周期期间，二极管反向偏置并充当开路。因此，输出电压变为：

V o = V i + V m

其中，V i是输入电压，V o是输出电压，V m是电容器充电的最大电压。因此，输出移动了–V m电平，因为它是负电压。这种转变完全取决于电容器存储的电荷。

偏压钳

偏置钳位器与前面讨论的正钳位器和负钳位器没有什么不同。它仅由带有二极管的偏置电压组成。

因此，如果将偏置电压与正钳位器连接，那么它只会与输出电压相加，并且它将作为偏置电压转移到更正的电平。如果将偏置电压与负钳位器连接，那么它只会与输出电压相加，并且它会随着偏置电压转移到更负的电平。

但要注意，如果将负偏置电压与正钳位器连接，那么它不会转移到正电平，而是会转移到某个负电平，因为它会从输出电压中减去。

如果将正偏置电压与负钳位器连接，那么它不会转移到负电平，而是会转移到某个正电平，因为它将从输出电压中减去。

下面简单设计了一个带有正偏压的正钳位器，如下图所示：

负钳位器也可以以相同的方式设计，只需反转二极管和偏置电压。

当然，偏置电压可以是任何值，但请记住它不应大于或等于输入电压，因为在这种情况下，将无法获得任何输出，或者钳位可能会反转。

总结

简单来说，二极管钳位电路是指利用二极管正向导通压降相对稳定，且数值较小来限制电路中某点的电位，其主要作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。

当然，按照钳位电路的设计不同，主要三种类型，其实现的效果也是有所不同的。