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二极管限幅器工作原理、电路图和波形图

122 2022-06-21 来源: IC先生 作者: IC先生

顾名思义,限幅器电路用于“削波”输入信号的一部分,而不会使波形的其余部分失真,它这是一个波形整形电路,这在输入信号的电压值高于预期值的电路中非常有用。限幅器电路可以根据二极管的配置或功能以各种方式实现,也就是通过改变二极管的配置来完成正周期或负周期的削波。所以有正或负限幅器,主要取决于哪个周期被剪裁。

例如,下图是是一个分流限幅器电路,它使用直流电源电压来偏置二极管。它是二极管开始导通的偏置电压。分流限幅器电路中的二极管在达到偏置电压时开始导通。

分流限幅器电路

限幅器电路用于各种系统中以执行以下两种功能之一:

  • 改变波形形状
  • 保护电路免受瞬态影响
第一个应用通常在半波整流器的操作中被应用到,该整流器将交流电压变为输出脉动直流波形。瞬变被定义为电流或电压的突然变化,持续时间极短,限幅器电路可用于保护敏感电路免受瞬态影响。

在本文中,小编将简单介绍下使用示波器来演示不同类型的限幅器,其主要类型包括:

  • 系列正剪
  • 具有偏置电压的串联正限幅器
  • 系列负剪
  • 具有偏置电压的串联负限幅器
  • 分流正剪
  • 具有偏置电压的分流正限幅器
  • 分流负限幅器
  • 具有偏置电压的分流负限幅器
  • 组合限幅器
1、系列正剪

顾名思义,该电路截断输入信号的正半周期。二极管与输出串联,如下图所示:

串联正限幅器电路图

要设计电路,只需按照上面的电路图即可。先把变压器的12V端接到二极管的负端,再接一个10K的电阻到二极管的正端,然后把变压器的0V端接到电阻的另一端。现在将示波器的第一个通道连接到输入侧,将第二个通道连接到输出侧。打开变压器和示波器,这时会看到输出信号的正半周期被剪掉。

示波器上的串联正削波波形

在正半周期间,二极管处于反向偏压,因此没有输出电压,而在负半周期间,二极管处于正向偏压,输出端出现电压降,因此看到正半周期被剪掉了。

2、带偏置电压的串联正限幅器

很多时候,我们只需要剪掉一小部分信号,为此使用了偏置电压。因此,当将偏置电压与电阻连接时,输出电压就是输入电压和偏置电压之间的差。这就是正半部分如何削减到所需的电压水平。如果提供负电压(如下图),它将削减负周期的一部分,因为负电压将与输入电压相加。

具有正偏置电压的串联正限幅器
3、系列负剪

系列负剪电路截断了输入信号的负半周期。二极管与输出串联,如下图所示:

系列负削波波形串联负限幅器电路图

要设计电路,只需按照上面的电路图即可。先把变压器的12V端接二极管的正端,再接一个10K的电阻接二极管的负端,再把变压器的0V端接电阻的另一端。现在将示波器的第一个通道连接到输入侧,将第二个通道连接到输出侧。打开变压器和示波器,这样会看到输出信号的负半周期被剪掉。

示波器上的串联负限幅波形

在正半周期间,二极管处于正向偏置,因此,电压降发生在输出端,而在负半周期间,二极管处于反向偏置,并且输出端没有输出电压,所以看到负半周期被剪掉了。

4、带偏置电压的串联负限幅器

这与串联正偏置限幅器的工作原理相同,但是这里使用负偏置电压来限制信号的负部分,因为正偏置电压将被添加到输入电压中。

具有正偏置电压的串联负限幅器

5. 分流正剪

在并联/并联限幅器电路中,二极管连接到输出侧,电阻连接到输入侧。之所以称为并联,是因为输出与二极管并联。电路图如下所示:

分流正限幅器波形分流正剪

要设计电路,请按照上图所示的电路图进行。先将变压器12V端接10K电阻,二极管正端接该电阻,再将变压器0V端接二极管负端。现在将示波器的第一个通道连接到输入侧,将第二个通道连接到输出侧。打开变压器和示波器。这时看到输出信号的正半周期被截断。

在示波器上分流正限幅器波形

在正半周期间,二极管处于正向偏置状态,因此它充当短路并且在短路的情况下没有输出电压。现在在负半周期期间,二极管处于反向偏置并充当开路并且输出电压变得等于输入电压。因此看到正半周期被剪掉了。

6. 用偏置电压分流正限幅器

这种类型的限幅器也与前面讨论的偏置限幅器工作相同,但这次偏置电压与二极管相连。因此,在正偏压中,它只剪掉正部分,但当它被负偏压时,它也会剪掉负半周期的某些部分,如下图所示。

具有负偏置电压的分流正限幅器

7. 分流负限幅器

该电路设计与并联正极限幅器相同,只是二极管接反了。电路图如下所示:

分流负限幅器

先把变压器的12V端接10K电阻,二极管的负端接这个电阻,再把变压器的0V端接二极管的正端。现在将示波器的第一个通道连接到输入侧,将第二个通道连接到输出侧。打开变压器和示波器,可以看到输出信号的负半周期被剪掉。

示波器上的分流负限幅器

在正半周期间,二极管处于反向偏置状态,因此它充当开路,输出电压等于输入电压。现在在负半周期期间,二极管进入正向偏置并充当短路,并且在短路的情况下没有输出电压。因此能够看到负半周期被剪掉了。

8、带偏置电压的分流负限幅器

它也类似于串联负偏置限幅器,但这次电压与二极管相连,而且必须使用负偏置电压来实现负周期的削波和正偏压来削波正周期。

具有正偏置电压的分流负限幅器

9、组合限幅器

这些限幅器用于在一定程度上将正周期和负周期都剪掉。为了实现这一点,两个二极管以相反的方向使用。为了调节限幅,可以施加一个偏置电压,以便对输入电压和偏置电压之间的电压差进行限幅。电路图如下:

组合限幅器电路

只需按照上面显示的电路图即可。该电路与上述并联/并联电路相同,但在这里使用了两个二极管,并且在不使用偏置电压的情况下制作了电路,因此在输出中两个周期都将被剪掉。

在正半周期间,D2正向偏置,D1处于反向偏置。所以D2会短路,D1会开路。同样,对于负半周期,将发生与上述情况相反的情况。但是输出将处于电压差水平,并且由于这里并没有使用偏置电压,因此两个周期都会被截断。

总结

在大多数电子电路,如运算放大器、调制器和许多其它电路,都具有特定的电压范围,它们必须在该电压范围内接受输入信号。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失真,甚至可能导致电路元件损坏。

由于大多数电子设备都在单个正电源上工作,因此输入电压范围也将在正侧。由于自然信号(如音频信号、正弦波形和许多其他信号)包含正周期和负周期,其持续时间的幅度不同。因此,这些波形和其他信号必须以单电源电子电路能够对其进行操作的方式进行修改。

波形削波是最常见的技术,适用于输入信号以适应它们,使它们可以位于电子电路的工作范围内。可以通过消除跨越电路输入范围的波形部分来完成波形的削波。

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二极管限幅器工作原理、电路图和波形图


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