二极管剪子和夹具

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

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，在接收输入信号时都有一个特定的电压范围。任何振幅大于这个特定范围的信号都可能导致电路输出失真，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，正弦波形和许多其他波形包含正和负的周期，在其持续时间内振幅变化。

这些波形和其他信号必须以这样一种方式进行修改，使单一电源电子电路能够对它们进行操作。

对输入信号进行调整使其处于电子电路的工作范围内是最常用的一种技术。波形的剪切可以通过消除跨越电路输入范围的波形部分来完成。

快船可以大致分为两种基本类型的电路。它们是:

• 系列快船
• 并联或分流剪

串联断路电路包括一个功率二极管串联，负载连接在电路的末端。分流钳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截断电路。如果串联截断电路中的二极管处于正偏置状态，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时，它不能传导电流，电路的输出几乎为零伏特。

二极管连接的方向决定了截断输出波形的极性。在串联剪接电路中，如果二极管反向偏置，即阴极连接到电源的正极，阳极连接到负载，该电路将是一个正串联剪接器，因为它切断了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，那么该电路将是一个负串联Clipper，因为它切断了输入正弦波形的负半周期。

串联斩波二极管的输出电压为V_出= V_在，当二极管导电和不导电时，电源施加的输入电压会下降，输出电压为V_出= 0 V。

与串联快接电路相比，并联快接电路在二极管反向偏置和不导电时提供输出。当二极管不导电时，并联组合二极管充当开路，串联电阻和负载电阻充当分压器。输出电压的计算公式为:

V_出= V_在[R_负载/ (R_负载+ R_系列）]

当二极管导电时，它充当短路和输出电压横跨负载将是V_出= 0 V。串联限流电阻与电源串联，以防止二极管短路。

在这种情况下，电路的输出电压应该是±0.7伏。它取决于由二极管连接方向决定的分路钳的极性。

上面的电路是一个利用直流电源电压偏置二极管的并联箝位电路。它是二极管开始导电时的偏置电压。并联断路电路中的二极管在达到偏置电压时开始导通。

快速电路用于各种系统中，实现以下两种功能之一:

1. 改变波形形状
2. 保护电路不受瞬态影响

第一种应用通常在半波整流器的工作中被注意到，它将交流电压改变为输出的脉动直流波形。瞬态是指电流或电压在极短时间内的突变。快速电路可用于保护敏感电路不受瞬态效应的影响。

快速电路的类型

系列-限幅器

这是使用二极管和半波整流器的基本削波电路。从下面的电路，很明显，二极管是正向偏压在正循环，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。

在负极循环期间，二极管反向偏置，起到开路开关的作用。因此，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伏特

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，我们可以获得正的钳形配置如下电路所示。

阴极连接电源的正极，阳极连接负载，这使得二极管正循环反向偏置和负循环正向偏置。

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

在那里,V_D为二极管阈值电压。

分流积极限幅器

阳极通过电阻R与电源连接，阴极处于地电位。

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

并联负限幅器

阴极通过电阻R连接到电源，阳极保持在地电位。

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

带正偏置电压的系列正钳

正半循环:阴极连接到正电源，阳极保持在正偏置电位。

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

负半循环:阴极连接到负电源，阳极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = (Vin + Vd)

正偏置电压串联正钳

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

• 输出电压(VO) = 0伏

负半循环:阳极保持在地电位和阴极连接到负电源。

• 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)伏特

带负偏置电压的系列正钳

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

负半循环:阴极连接到负电源，阳极保持负偏置电位。

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

串联负偏置电压正极钳

正半循环: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向前偏置。

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

负半循环:阳极保持在地电位，阴极观察可变负电压。在负极循环期间，二极管将是正向偏置的。

• 输出电压(VO) = (Vin -Vdc +Vd)伏

带正偏置电压的系列负极钳

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

负半循环: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

串联带正偏置电压的负极钳

正半循环: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向前偏置。

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

负半循环: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)伏特
• 当Vin > Vdc - Vd时，输出电压(VO) = 0伏

并联负偏置电压串联负极钳

正半循环:在该电路中，阳极连接到正电源，阴极保持负偏置电位。

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

负半循环:在该电路中，阳极连接到负电源，阴极保持在负偏置电位。

• 输出电压(VO) = (Vin + Vd)伏特

负偏置电压串联负极钳

正半循环: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)伏特

负半循环:阴极保持在Vdc，阳极观察可变的负电压。在负极循环期间，二极管将反向偏置。

• 输出电压(VO) = 0伏

带有正并联偏置电压的并联正剪钳

正半循环:在该电路中，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伏特
• 当Vin > Vd + Vdc时，输出电压(VO) = (Vd + Vdc)伏特

负半循环:在该电路中，阳极连接到负电源，阴极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = Vin伏特

带有负分流偏置电压的分流正钳

正半循环: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

负半循环:在该电路中，阳极连接到负电源，阴极保持负偏置电位。

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

带正偏置电压的并联负极钳

正半循环:阴极连接到正电源，阳极保持在正偏置电位。

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

负半循环:阴极连接到负电源，阳极保持在正偏置电位。

• 输出电压(VO) = (Vdc - Vd)伏特

裁剪两个半波周期

正半循环:在这一循环中，第一二极管D1的阴极保持在+Vdc1，其阳极观察可变正电压。同样，二极管D2的阳极保持在-Vdc2，其阴极观察可变的正电压。二极管D2将在整个正半周期内完全反向偏置。

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

负半循环:在这个循环中，二极管D1的阴极保持在+Vdc1，其阳极观察可变的负电压。同样，D2二极管的阳极保持在-Vdc2，其阴极观察可变的负电压。二极管D1在整个负半周期内将完全反向偏置。

• 当Vin < Vdc2 + Vd2 -二极管D1和d2为反向偏置时，输出电压(VO) = Vin伏特。
• 当Vin > Vdc2 + Vd2 -二极管D2为正偏，D1为反偏时，输出电压(VO) = (-Vdc2 - Vd2)伏特

在这种双侧箝位电路中，正、负箝位电平均可独立改变。这种类型的电路被称为基于并联的电路。它使用两个二极管和两个电压源，以相反的方向连接。

二极管钳位电路

钳也可以称为直流恢复器。箝位电路设计用于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以上或以下。这种波形的变化会导致直流电的变化平均电压输入波形的。信号中的峰值电平可以使用箝位电路进行移位，因此箝位器也可以称为电平移位器。

钳可大致分为两种类型。它们是:

• 积极的钳位电路
• 消极的钳位电路

积极的钳位电路:这种箝位电路将输入波形向正方向偏移，结果是该波形位于直流参考电压之上。

消极的钳位电路:这种类型的箝位电路将输入波形向负方向移动，结果是波形位于直流参考电压以下。

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是基于电容的开关时间常数，它通过二极管充电，通过负载放电。

夹钳电路的类型

积极的钳位电路

正极钳的电路如下图所示。这里，电路由三个主要部分组成:

• 电容器
• 二极管
• 负载

二极管与负载平行连接，二极管的阴极与电容器连接，阳极与地连接。

让我们来分析一下启动后以一个负循环开始的电路。在第一个负循环期间，二极管向前偏置，并作为一个闭合开关。因此，电容器充电到输入电压峰值，我们称之为V_C．

在接下来的正和负循环中，电容器不会因为RC时间常数损失太多的电荷。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，很明显，上面的电路增加了一个正的直流移到输入电压。

带正参考电压的正钳位

正基准电压在正箝位电路中与所述二极管串联，使所述基准电压的正端与所述二极管的阳极串联。操作类似于上述电路，除了电容器充电到输入电压加上直流电压的峰值。

如果V_P峰值电压和V是多少_直流是直流参考，那么电容电压V_C是V_P+ V_直流和输出电压V_出是V_在+ V_C．

带负参考电压的正钳位

在负半周期，二极管开始传导和电容充电到V_P- - - - - - V_直流．

在输入波形的连续正半和负半周期中，二极管几乎不传导，因此，输出等于存储在电容器中的电压和施加的输入电压的总和。

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)．偏移仍然是正的，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的电容器，它必须充电非常快，它不应该放电非常剧烈。二极管的阳极与电容器连接，阴极与地连接。

在第一个积极的半周期的输入，二极管是在前偏置，作为二极管传导电容充电非常快的输入V的峰值_P．

在随后的输入的负半和正半循环中，二极管将处于反向偏置，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的总和。输出波形与输入波形相同，但在0伏以下位移V_P．

带正参考电压的负钳位

电路的布置非常类似于负极箝位电路，但直流参考电源与二极管串联。输出波形也类似于负箝位输出波形，但它向正方向偏移的量等于二极管的参考电压。

具有负参考电压的负钳形器

如果上述情况下的参考电压方向是反向的，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传导电流。由于阴极有一个小于零伏的非常小的负参考电压，波形从0伏向负方向偏移了一定数量的参考电压。

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. 通过将二极管与感性负载并联，可作为自由放电二极管来保护晶体管免受瞬态效应的影响。
3. 常用于电源。
4. 在将已有的同步信号从合成彩色图像信号中分离出来。
5. 常用于调频发射机中，用于去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. 夹具可以经常用于消除电路的失真和极性识别。
2. 为了提高反向恢复时间，使用了夹具。
3. 箝位电路可以用作电压倍增器，并为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。