二極管的基本應(yīng)用：鉗位電路

二極管的基本應(yīng)用——鉗位

二極管的單向?qū)щ娦允蛊湓谡?、限幅、鉗位、開關(guān)、檢波和續(xù)流等電路中有著廣泛的應(yīng)用。為了讓小伙伴們更好的理解和掌握二極管的工作原理，我們將在后續(xù)推出系列專題分別討論二極管在這些功能電路中的應(yīng)用情況。本期為鉗位篇。

鉗位電路

1、什么是鉗位？

答： 鉗位是指將某點的電位限制在規(guī)定電位的措施。

上一期的限幅電路對波形的幅值進(jìn)行削減。 在實際應(yīng)用中，有時需要在原始波形的基礎(chǔ)上進(jìn)行向上或向下的平移，將信號峰值在所需要的電平上，可以采用鉗位電路來實現(xiàn)。

2、鉗位電路有哪些？

答：鉗位電路按照平移電壓分為正鉗位電路、負(fù)鉗位電路；按照電路結(jié)構(gòu)可分為簡單鉗位和帶偏差的鉗位電路。

3、鉗位電路的工作原理是什么？（為簡化分析，以下均假設(shè)二極管為理想的，時間常數(shù)RC遠(yuǎn)大于信號周期）

正鉗位電路

簡單的正鉗位電路

電路：

工作原理：

以輸入正弦信號為例進(jìn)行分析。

（1）0~T/2，uI>0，

假設(shè)t=0時刻電容未充電，則此時 UD-= uI >0，又UD+= 0V，即 UD= - uI <0，D截止，

電容充電，充電回路如圖所示，但由于時間常數(shù)RC很大，uC變化不大，可以認(rèn)為uO= uI 。

（2）T/2~t1，uI<0，因為UD+= 0V，UD-≈uI <0， 即 UD= - uI >0，D導(dǎo)通， uO= 0 。

電容充電，電容回路如下圖所示，與正半周情況不同，此時二極管視為短路，電容充電回路的時間常數(shù)很小，uC可迅速充至峰值UM。

（3）t1時刻uC已充至峰值UM，t1~T，uI<0，且|uI|< UM，UD+= 0V，UD-≈uI+ UM >0， 即UD= - uI - UM <0，D截止， uO= uI+UM ，即與輸入信號相比，輸出信號有了大小為UM的直流偏移量。

（4）T~ 3T/2，uI>0，UD+= 0V，UD-≈uI+ UM >0，即UD= - uI - UM <0，D截止， uO= uI+UM ，與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM的直流偏移量。

（5）3T/2~ 2T，uI<0，且|uI|< UM ，UD+= 0V，UD-≈uI+ UM >0，即UD= - uI - UM <0，D截止， uO= uI+UM ，與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM的直流偏移量。

因此，在穩(wěn)定狀態(tài)下，**uO= uI+UM，**與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM的直流偏移量。

具有偏置的正鉗位電路

電路：

工作原理：

以輸入正弦信號為例進(jìn)行分析，假設(shè)UM >E。

（1）0~T/2，uI>0，

假設(shè)t=0時刻電容未充電，此時，UD-=0 ， 又UD+= E，則UD= E >0，D導(dǎo)通，二極管視為短路，電容迅速充電至E， UC = E ，充電回路如下圖所示。

隨后，UD+= E，UD-=uI +E，立即UD= - uI<0，D-stop，**uO= uI+ E**。

(2)T/2~t1，uI<0，UD+=E，UD-=uI+E，立即UD=-uI>0，D超前，**uO=E**。

此時，電容C迅速充電至E+UM， UC = E+UM 。

（3） t1 ~T，uI<0，UD+= E，UD-=uI + E+UM >E ，即UD=-uI-UM<0，D截止， uO= uI+UM+E。

與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM +E的直流偏移量。

（4）T~3T/2，uI>0，UD+= E ，UD-=uI+E+UM >0，即UD=-uI-UM <0，D截止， uO= uI+UM+E。 與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM +E的直流偏移量。

（5）3T/2~ 2T，uI<0，且|uI|< UM ，UD+= E，UD-= uI + E+UM ，即UD= - uI - UM <0，D截止，uO= **uI+UM+E ** 。與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM +E的直流偏移量。

因此，在穩(wěn)定狀態(tài)下， uO= uI+UM+E **，**與輸入信號相比，輸出信號具有大小為UM +E的直流偏移量。

負(fù)鉗位電路

簡單的負(fù)鉗位電路

電路：

工作原理：以輸入方波信號為例進(jìn)行分析。

（1）0~T/2，uI=UM>0，假設(shè)t=0時刻電容未充電，則 UD+= uI >0 ，又UD-= 0V，即 UD= -uI >0，D導(dǎo)通， uO= 0*，在此區(qū)間，二極管視為短路，電容充電，且充電時間常數(shù)很小，充電回路如下圖所示，UC很快充至UM 。

（2）T/2~T ，uI=_UM<0，UD-=0V，UD+=-2UM <0，即UD=-2UM<0，D截止，uO=-2UM。

（3）在第二個正半周內(nèi)，由于第一個負(fù)半周T/2~T時間段內(nèi)，電容C通過R放電（即使時間常數(shù)很大），使得UC略小于UM，UD-=0V，UD+=UM- UC>0，即UD=UM-UC>0，D導(dǎo)通，二極管視為短路，電容C再次快速充電至UC=UM， uO=0。

（4）在第二個負(fù)半周內(nèi)，uI=﹣UM，UD-= 0V，UD+=﹣2UM <0，即UD =﹣2UM <0，D截止， uO=-2UM。

因此， uO= uI-UM ，與輸入信號相比，輸出具有大小為-UM的直流偏移量。

具有偏置的負(fù)鉗位電路

電路：

工作原理：

（1）0~T/2，uI=UM >0，UD+=UM， 又UD-=E，則UD=UM-E>0，D導(dǎo)通， UO=E 。

二極管視為短路，電容迅速充電至UM -E， UC = UM -E ，充電回路如下圖所示。

（2）T/2~ T ，uI=-UM <0，UD+=E-2UM ，UD-= E，則UD=-2UM<0，D截止，UO= E-2UM。

（3）在第二個正半周內(nèi)，由于第一個負(fù)半周T/2~T時間段內(nèi) ，電容C通過R放電（即使時間常數(shù)很大），使得UC略小于UM-E ，UD-=E，UD+=UM-UC>0，即UD=UM-UC-E>0，D導(dǎo)通，電容C再次充電至UM-E， uO= E。

（4）第二個負(fù)半周內(nèi)， uI=﹣UM，UD-= E，UD-= 0V，UD+=﹣2UM + E <0，即UD =﹣2UM <0，D截止， uO=﹣E2UM+ E 。

因此， uO= uI-UM+E，與輸入信號相比，輸出信號具有大小為-UM +E的直流偏移量。

總結(jié)

正鉗位電路

負(fù)鉗位電路