二极管限幅电路原理分析，图文结合+实例讲解

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什么是二极管限幅电路？

在某些电路中，交流信号用于某个特定电平为了该电平交流输入信号被限制在某些值，用于将信号限制在指定值的电路称为二极管限幅电路。

二极管限幅电路由一个或者多个二极管组成，二极管一般与输入信号并联，主要是用来限制或者切断输入信号。二极管限幅电路的输出取决于二极管的方向和输入信号。

在某些电路中，只有一半的波被限制，因此一个二极管与输入交流电源相连。但是，如果要限制一个完整的信号或正弦波形的两半，则使用两个二极管。

二极管限幅电路实例：半波整流电路就是一个十分典型的例子。当二极管正向偏置时，任何低于0的电压都会被削掉，类似地，当二极管反向偏置时，任何高于0的电压都会被削掉。

接下来，会较为详细地介绍二极管限幅电路的工作原理。

二极管工作原理

从我前面写的文章可以知道，一般的二极管可以在正向或反向偏置条件下工作。

在正向偏置中，经过一定的电压降（硅为0.7V，锗为0.3V）后，电流开始流动，二极管上的电压降保持恒定（0.7V或0.3V）。

在反向偏置中，二极管不导通，输入信号在二极管上反射不变。简单来说，对于理想二极管正向偏置时会短路，反向偏置时会开路。

输入信号可以具有任何形式或形状，根据电路应用可以是单向或双向的。正弦信号是最常用的交流（双向）信号，能够比较形象地展现二极管限幅后的波形。

二极管限幅电路原理分析

正向二极管限幅电路

在下图中，你可以看到在输入交流信号中连接了一个二极管，因为输入信号的正极部分经过二极管，它处于正向偏置状态。

在正半周期内，直到输入电压达到0.7V左右，二极管才会导通。一旦二极管开始导通，无论输入电压大小如何，二极管上只会出现一个正向压降。输出波形的正半周期描绘了这一点。

在负半周期间，二极管保持反向偏置（开路），整个输入信号出现在二极管两端。这样的电路仅在正周期期间截断输入信号，即任何高于+0.7V 电压都将被截断。

正向二极管削波电路只削波输入正弦信号的正半周期。

二极管正向限幅电路波形图

负向二极管限幅电路

当改变二极管的方向，就会与正向二极管限幅电路相反，以下限幅电路仅在负周期期间限制电压。工作原理与正向二极管限幅电路的描述相同，只是二极管偏置相反。负限幅电路将负电压限制为-0.7V，任何小于此值的值都将被剪掉。

二极管负向限幅电路波形图

正负周期限幅电路

正负限幅电路的组合是在两个周期中限制电压的限幅电路。二极管反向并联排列，其中一个导通，另一个保持开路。

在正半周期间，二极管 D1导通，D2保持开路。反向操作发生在负循环期间。输出波形在正半周期内限制为 +0.7V，在负半周期内限制为 -0.7V。

正负向二极管限幅电路

偏置二极管限幅电路

只有二极管限幅电路产生的电压限制正向电压降。为了增加限制，偏置电压与二极管串联使用，以增加二极管开始导通的电压水平。在仅二极管的正周期限幅电路中，二极管的阴极处于零电位，阳极需要 +0.7V 的电压来对其进行正向偏置。然而，随着偏置电压的增加，阴极电位会增加到 VBIAS。例如：与二极管串联的 EMF电池。

正向偏置二极管限幅电路

在下图中，显示了一个正偏置二极管限幅器电路。该电路限制任何高于 +0.7+V BIAS的电压。

正向偏置二极管限幅电路

负向偏置二极管限幅电路

与正偏置二极管限幅电路类似，添加了一个与二极管串联的偏置电压，但极性相反。偏置有助于二极管的反向偏置，与未偏置的二极管相比，正向偏置二极管需要增加的电压。这种电路将任何电压限制在 -0.7-VBIAS以下。

负向偏置二极管限幅电路

正负周期偏置限幅电路

为了夹住正负周期，正负偏置二极管组合在一起。根据限幅电路的要求或应用，每个支路的偏置电压可以相同或不同。此外，可以通过使用可变电压源来制作可变电压限幅电路。

正负周期偏置限幅电路

在上图中，使用不同的偏置电压来说明正负循环期间的工作。对于正周期和负周期，削波分别发生在 +0.7+3=3.7V 和 -0.7-5=-5.7V。

非常低幅度信号的输出波形在很大程度上被削波，导致方波。类似地，高幅度信号在很小的范围内被削波，并在输出端产生方波。二极管电路的应用是消除输入信号中的噪声、波动和尖峰。

齐纳二极管限幅电路

合适的限幅电路是一种可以设计为精确限制电压并使用最少组件的限幅电路。偏置二极管限幅器需要偏置电压，这会增加电路的工作量和成本。

在限幅电路中使用齐纳二极管可以避免偏置电压的要求。齐纳二极管在正向偏置时的作用类似于普通二极管（0.7V 正向压降），但在反向时，它开始在齐纳电压 (V Z ) 以上导通。反向电流迅速增加，而齐纳二极管两端的电压保持相当恒定。齐纳电流的快速增加需要一个合适的串联电阻来保护它免受损坏。

在下图中，齐纳二极管用于对两个周期进行限幅。然而，负周期限幅在某种程度上受限于正向电压降。齐纳二极管在负周期期间低于该正向电压降导通，在正周期期间高于齐纳电压 (V Z )。

正向齐纳二极管限幅电路

下图中显示了基于两个齐纳二极管的全波限幅电路。在这个电路中，两个周期都被限制在它们各自的齐纳二极管的齐纳电压 (V Z ) 上。简单地说，Z D1限制正周期，Z D2分别将负周期限制为 V Z1和 V Z2。

正负周期齐纳二极管限幅电路

齐纳二极管的范围很广，具有不同的齐纳电压电平，因此可用于限幅电路以获得所需的电压限制。基于齐纳二极管的限幅器主要用于电压保护电路。

二极管限幅特性

• 限幅电路将电压限制或压制在一定水平。

• 输出波形取决于输入信号和电路本身。

• 通过包含两个二极管，可以在两个周期中获得限幅。

• 通过使用与二极管串联的偏置电压可以获得不同的限幅电压电平。

• 齐纳二极管也可以通过在齐纳击穿区域工作来用于削波电路。

• 基于齐纳二极管的削波电路无需使用二极管偏置电压。

二极管限幅器应用

• 组成调频调制的发射器

• 可以为任何电路提供尖峰保护

• 可以恢复任何波形的幅度

• 常用于限制电压值

• 整形电路

• 也用于电视