幾分鐘搞懂二極管限幅電路的工作原理和作用

來源：JLE電路保護(hù)與器件更新時間：2024-07-13 閱讀：

一、限幅是什么意思？

限幅也就是，將電壓限制在某個范圍內(nèi)，去除交流信號的一部分但不會對波形的剩余部分造成影響。通常來說，限幅電路主要是由二極管構(gòu)成，波形的形狀取決于電路的配置和設(shè)計。

二、限幅電路工作原理

基于二極管的限幅電路分為2種：

串聯(lián)二極管限幅電路
并聯(lián)二極管限幅電路

三、串聯(lián)二極管限幅電路

在串聯(lián)限幅電路中，二極管與輸出串聯(lián)。當(dāng)二極管正向偏置時導(dǎo)通時，輸入信號在輸出端。相反，當(dāng)二極管反向偏置/阻斷時，串聯(lián)限幅電路會傳遞輸入信號。
分為正/負(fù)限幅電路。

01 正限幅電路

串聯(lián)正限幅去除波形的正半部分，如下所示，二極管處于反向偏置與輸出串聯(lián)。

正限幅電路

輸入信號Vi施加在輸入側(cè)，輸出在負(fù)載電阻處獲取。

在輸入的正半周期間，A點電壓比B點電壓為正，因此二極管處于反向偏置狀態(tài)，沒有電流導(dǎo)通。輸入信號無法通過，因此Rl上沒有壓降。因此，輸出端不會出現(xiàn)如圖所示的正半周。在負(fù)半周期間，A點電壓比B點電壓為負(fù)。二極管變?yōu)檎蚱茫盘柾ㄟ^它。信號出現(xiàn)在 Rl 上。因此，負(fù)半周通過電路并出現(xiàn)在輸出端。
1）帶偏置的正限幅電路
帶偏置的正限幅電路用于限制正半周期的一部分，而不是整個半周期，使用具有正偏壓或負(fù)偏壓的串聯(lián)正限幅器來產(chǎn)生所需的波形。
（1）正偏差
如下所示，電池的正極連接到二極管的P側(cè)。

正偏差

在正半周期間，A點電壓大于B點電壓，二極管處于反向偏置狀態(tài)并截止。但還有另一個電壓源，其正極連接到二極管的 P 側(cè)。該電壓源或電池使二極管處于正向偏置狀態(tài)。如果輸入電壓低于電池電壓，二極管保持正向偏置并導(dǎo)通。因此，信號出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)輸入電壓增加到電池電壓之上時，二極管變?yōu)榉聪蚱貌⑶也粋鲗?dǎo)輸入信號。因此，電池電壓Vb出現(xiàn)在輸出端。在負(fù)半周期期間，二極管由于輸入電壓和電池電壓而正向偏置。因此，輸入信號通過二極管并出現(xiàn)在輸出端。

（2）負(fù)偏差
負(fù)偏差電池與二極管反向連接，如下。

負(fù)偏差

在正半周期期間，二極管由于輸入電壓而正向偏置。因此，輸入信號通過二極管并出現(xiàn)在輸出端。在負(fù)半周期期間，二極管變?yōu)榉聪蚱貌⑶也粚?dǎo)通。因此，輸出端沒有電壓，并且輸入波形中的負(fù)半周期被削除。

02 負(fù)串聯(lián)限幅電路

串聯(lián)負(fù)限幅電路對輸入周期的負(fù)半部分進(jìn)行限幅。其電路圖如下。

負(fù)串聯(lián)限幅電路

在正半周期期間，二極管由于輸入電壓而正向偏置。因此，輸入信號通過二極管并出現(xiàn)在輸出端。在負(fù)半周期期間，二極管變?yōu)榉聪蚱貌⑶也粚?dǎo)通。因此，輸出端沒有電壓，并且輸入波形中的負(fù)半周期被削除

1）帶偏置的串聯(lián)負(fù)限幅電路
串聯(lián)負(fù)限幅使用正電壓/負(fù)電池進(jìn)行偏置，修改波形，而不是限幅整個負(fù)半部分。
（1）正偏差
在正半周期期間，二極管由于輸入信號電壓而正向偏置，由于電池電壓，是反向偏置。二極管的狀態(tài)取決于兩個電壓源。因此，只有當(dāng)輸入電壓大于電池電壓時，二極管才會正向偏置并導(dǎo)通。

正偏差

起初，輸入電壓低于電池電壓，因此二極管反向偏置并且不導(dǎo)通。因此電池電壓出現(xiàn)在輸出端。如圖所示，當(dāng)輸入信號變得大于電池電壓時，該部分的輸出出現(xiàn)。

在負(fù)半周期期間，二極管由于輸入電壓和電池電壓而反向偏置。因此，在整個負(fù)半周期內(nèi)，只有電池電壓出現(xiàn)在輸出端。
（2）負(fù)偏差
在正半周期期間，二極管由于輸入信號和電池電壓而正向偏置。因此，二極管在整個正半周期內(nèi)傳導(dǎo)信號，并且它在輸出中的表現(xiàn)與在輸入中的表現(xiàn)一樣。

負(fù)偏差

在負(fù)半周期期間，輸入電壓迫使二極管反向偏置，但電池電壓仍然使二極管正向偏置。在整個周期中，二極管僅在電池電壓超過輸入電壓時導(dǎo)通。
首先，輸入電壓低于電池電壓，因此二極管導(dǎo)通，信號出現(xiàn)在輸出端。但當(dāng)它超過電池電壓時，二極管會阻止輸入信號，電池電壓開始出現(xiàn)在輸出端，如圖所示。

四、并聯(lián)限幅電路

在并聯(lián)限幅電路中，二極管與輸出并聯(lián)，當(dāng)二極管阻斷時，輸入信號出現(xiàn)在輸出上，并聯(lián)限幅電路分為正向和負(fù)向。

01 正向并聯(lián)限幅電路

正向并聯(lián)限限幅電路對正半周期進(jìn)行限幅，具體如下所示：

正向并聯(lián)限限幅電路對正半周期進(jìn)行限幅
在正半周期間，由于A點電壓大于B點，二極管正向偏置，因此二極管導(dǎo)通輸入信號，輸出端沒有電壓差。
在負(fù)半周期期間，A點和B點輸入信號的電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管變?yōu)榉聪蚱谩Ｒ虼耍O管阻擋輸入信號，并且信號電壓出現(xiàn)在二極管兩端，作為限幅器的輸出。
這樣，分流器正向限幅器、限幅或去除輸入周期的正半周并允許負(fù)半周。
1）帶偏置的并聯(lián)正向限幅電路
（1）正偏差
在正半周期期間，二極管由于輸入電壓而正向偏置。但由于電池電壓的原因，它是反向偏置的。兩個電壓的總和將決定二極管的狀態(tài)。如果輸入電壓大于電池電壓，二極管將正向偏置，否則將保持反向偏置。

正偏差

首先，輸入信號小于電池電壓，因此二極管反向偏置，信號出現(xiàn)在輸出端。但當(dāng)它超過電池電壓時，二極管開始傳導(dǎo)信號，并且只有電池電壓開始出現(xiàn)在輸出端。

在負(fù)半周期期間，二極管由于輸入電壓和電池電壓而反向偏置。因此，輸入信號在輸出端出現(xiàn)整個負(fù)半周期。
（2）負(fù)偏差
在正半周期期間，二極管針對輸入信號和電池電壓均正向偏置。因此，二極管在整個周期內(nèi)導(dǎo)通，并且只有電池電壓出現(xiàn)在輸出端。

負(fù)偏差

在負(fù)半周期期間，二極管針對輸入信號施加反向偏置，針對電池電壓施加正向偏置。兩個電壓源的綜合作用決定了二極管的狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓低于電池電壓時，二極管正向偏置。
首先，輸入信號小于電池電壓，因此二極管正向偏置。因此，電池電壓出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)輸入電壓超過電池電壓時，二極管變?yōu)榉聪蚱茫斎胄盘栭_始出現(xiàn)在輸出端，如圖所示。

02 并聯(lián)負(fù)向限幅電路

并聯(lián)負(fù)限幅器限幅輸入波形的負(fù)半部分。電路圖如下。

并聯(lián)負(fù)向限幅電路
在正半周期期間，二極管反向偏置，因此它會阻止出現(xiàn)在其上的信號。因此，正半部分也出現(xiàn)在輸出端。
在負(fù)半周期期間，二極管正向偏置并傳導(dǎo)信號。因此，負(fù)半周期輸出端沒有電壓。因此，并聯(lián)負(fù)限幅器削波或去除輸入波形的負(fù)半部分。
1）帶偏置的并聯(lián)負(fù)向限幅器
為了進(jìn)一步修改分流負(fù)限幅器的波形，可以通過以稱為正偏壓和負(fù)偏壓的兩種方式之一連接電池源來使用正偏壓或負(fù)偏壓。可以通過改變電池電壓來修改波形。
（1）正偏差
在正半周期期間，二極管對輸入電壓反向偏置，但對電池電壓反向偏置。因此，只有當(dāng)輸入電壓超過電池電壓時，二極管才會反向偏置，然后輸入信號才會出現(xiàn)在輸出端。

正偏差
起初，信號小于電池，因此二極管正向偏置并傳導(dǎo)信號。因此，輸出處僅出現(xiàn)電池電壓。但當(dāng)輸入信號超過電池電壓時，二極管變?yōu)榉聪蚱茫盘柍霈F(xiàn)在輸出端，如圖所示。
在負(fù)半周期期間，二極管針對輸入信號和電池電壓均正向偏置。因此，二極管導(dǎo)通，并且在整個負(fù)周期內(nèi)只有電池電壓出現(xiàn)在輸出端。
（2）負(fù)偏差
在正半周期期間，二極管針對輸入電壓和電池電壓均反向偏置。因此，二極管會阻斷電壓，并且信號在整個正半周期內(nèi)出現(xiàn)在輸出端。

負(fù)偏差
在負(fù)半周期，當(dāng)輸入電壓超過電池電壓時，二極管導(dǎo)通。因此，當(dāng)電壓低于電池電壓時，二極管截止并且輸出處出現(xiàn)信號。當(dāng)輸入電壓超過時，二極管開始導(dǎo)通，輸出端僅出現(xiàn)電池電壓。

五、組合限幅電路

組合限幅可以從波形的正半周期和負(fù)半周期中限幅一部分。兩個二極管彼此并聯(lián)連接，其中每個二極管都有一個串聯(lián)的電池或電壓源，用于反向偏置相應(yīng)的二極管。如下所示。

組合限幅電路
該電路的工作原理很簡單。如果兩個二極管都反向偏置或不導(dǎo)通，則輸入信號將出現(xiàn)在二極管兩端，并且也會出現(xiàn)在輸出處。現(xiàn)在，如果其中一個二極管開始導(dǎo)通，它們各自的電池電壓將開始出現(xiàn)在輸出端。
在正半周期期間，對于輸入電壓，二極管 D1 正向偏置，而 D2 反向偏置。但二極管D1和D2分別針對電池電壓V_B1和V_B2反向偏置。
在正半周期期間，二極管D1針對輸入電壓正向偏置，針對電池電壓V_B1反向偏置。而二極管 D2 對于輸入電壓和電池電壓 V_B2 都反向偏置。
首先，輸入電壓小于電池電壓V_B1，因此二極管D1處于反向偏置狀態(tài)。而二極管D2已經(jīng)處于反向偏置狀態(tài)。因此，輸入信號出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)輸入電壓超過VB1時，二極管D1開始導(dǎo)通，電池電壓VB1開始出現(xiàn)在輸出端。
在負(fù)半周期期間，二極管D1由于輸入電壓和電池電壓V_B1兩者而反向偏置。二極管D2由于輸入電壓而正向偏置，但由于電池電壓V_B2 而反向偏置。
首先，輸入電壓低于V_B2，因此二極管D2反向偏置，不導(dǎo)通。二極管D1已經(jīng)處于反向偏置狀態(tài)。因此，輸入信號出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)輸入電壓超過V_B2時，二極管開始導(dǎo)通，輸出端出現(xiàn)電池電壓V_B2 。

六、使用齊納二極管的限幅電路

齊納二極管是一種特殊類型的二極管，它不僅可以正向?qū)щ姡?.7V 壓降），而且當(dāng)電壓超過齊納擊穿電壓時也可以反向?qū)щ姟７聪螂娏髁鲃樱鋬啥说碾妷罕３趾愣āＲ虼耍R納二極管可以充當(dāng)偏置二極管，而無需使用另一個偏置源。

01 半波齊納二極管限幅電路

齊納二極管限幅電路的電路圖。在正半周期期間，二極管針對輸入電壓反向偏置。因此，信號出現(xiàn)在輸出端。當(dāng)輸入電壓超過齊納電壓時，齊納二極管開始導(dǎo)通，輸出端開始出現(xiàn)齊納電壓V Z 。