二极管削波电路

出处:维库电子市场网 发布于:2024-04-28 16:13:33 | 462 次阅读

  输入信号的二极管限幅产生类似??于输入的平坦版本的输出波形。例如,半波整流器是限幅电路,因为所有低于零的电压都被消除。
  但二极管削波电路可用于多种应用,使用信号和肖特基二极管修改输入波形,或使用齐纳二极管提供过压保护,以确保输出电压永远不会超过一定水平,从而保护电路免受高压尖峰的影响。然后二极管限幅电路可用于电压限制应用。
  我们在信号二极管教程中看到,当二极管正向偏置时,它允许电流通过自身,从而钳位电压。当二极管反向偏置时,没有电流流过它,其两端的电压不受影响,这是二极管限幅电路的基本操作。
  尽管二极管限幅电路的输入电压可以具有任何波形形状,但我们在此假设输入电压是正弦波。考虑下面的电路。
  正二极管削波电路
    在该二极管限幅电路中,二极管在正弦输入波形的正半周期内正向偏置(阳极比阴极更正)。为了使二极管成为正向偏置,其输入电压幅度必须大于 +0.7 伏(锗二极管为 0.3 伏)。
  当这种情况发生时,二极管开始导通并将其自身电压保持在 0.7V 恒定,直到正弦波形降至该值以下。因此,在正半周期期间,二极管两端的输出电压永远不会超过 0.7 伏。
  在负半周期期间,二极管反向偏置(阴极比阳极更正),阻止电流流过自身,因此对不改变地传递到负载的正弦电压的负半部分没有影响。因此,二极管限制输入波形的正半部分,被称为正限幅电路。
  负二极管削波电路
   这里的情况正好相反。二极管在正弦波形的负半周期期间处于正向偏置,并将其限制或削波至 –0.7 伏,同时允许正半周期在反向偏置时不改变地通过。由于二极管限制输入电压的负半周期,因此被称为负限幅电路。
  两个半周期的削波
    如果我们如图所示反并联连接两个二极管,则正半周期和负半周期都将被限幅,因为二极管D 1限幅正弦输入波形的正半周期,而二极管D 2限幅负半周期。然后可以使用二极管限幅电路来限幅正半周、负半周或两者。
  对于理想二极管,上述输出波形为零。然而,由于二极管上的正向偏置电压降,实际削波点分别出现在 +0.7V 和 –0.7V 处。但是我们可以将这个 ±0.7V 阈值增加到我们想要的任何值,直到达到正弦波形的最大值 ( V PEAK ),方法是串联更多的二极管以产生 0.7 伏的倍数,或者向二极管。
  偏置二极管削波电路
  为了产生不同电平电压波形的二极管限幅电路,将偏置电压V BIAS与二极管串联添加,以产生如图所示的组合限幅器。在二极管充分正向偏置以导通之前,串联组合两端的电压必须大于V BIAS  + 0.7V 。例如,如果V BIAS电平设置为 4.0 伏,则二极管阳极端子处的正弦电压必须大于4.0 + 0.7 = 4.7 伏,才能使其变为正向偏置。任何高于该偏置点的阳极电压电平都会被削除。
  正偏压二极管
    同样,通过反转二极管和电池偏置电压,当二极管传导负半周期时,输出波形保持在–V BIAS  – 0.7V水平,如图所示。
  负偏压二极管 
  可变二极管限幅或二极管限制电平可以通过改变二极管的偏置电压来实现。如果要削波正半周和负半周,则使用两个偏置削波二极管。但对于正负二极管限幅,偏置电压不必相同。正偏压可以处于一个水平,例如4伏,而负偏压可以处于另一水平,例如6伏,如图所示。

  不同偏置电平的二极管限幅

  二极管偏置
  当正半周电压达到+4.7V时,二极管D 1导通并将波形限制在+4.7V。二极管D 2直到电压达到–6.7V才导通。因此,所有+4.7V以上的正电压和低于 –6.7V 的负电压会被自动限幅。
  偏置二极管限幅电路的优点在于,它可以防止输出信号超过输入波形的两个半周期的预设电压限制,输入波形可能是来自噪声传感器或电源正负电源轨的输入。
  如果二极管限幅电平设置得太低或输入波形太大,则消除两个波形峰值可能最终得到方波形状的波形。
  齐纳二极管削波电路
  使用偏置电压意味着可以精确控制被削波的电压波形的量。但使用电压偏置二极管限幅电路的主要缺点之一是它们需要额外的电动势电池源,这可能会或可能不会成为问题。
  创建偏置二极管限幅电路而不需要额外电动势电源的一种简单方法是使用齐纳二极管。
  众所周知,齐纳二极管是另一种类型的二极管,专门制造用于在反向偏置击穿区域工作,因此可用于电压调节或齐纳二极管限幅应用。在正向区域,齐纳二极管的作用就像普通的硅二极管一样,导通时正向压降为0.7V(700mV),同上。
  然而,在反向偏置区域,电压被阻断,直到达到齐纳二极管击穿电压。此时,通过齐纳二极管的反向电流急剧增加,但即使齐纳电流I Z变化,器件两端的齐纳电压V Z也保持恒定。
  然后,我们可以通过使用它们来削波如图所示的波形,使齐纳二极管的作用发挥良好的效果。

  齐纳二极管削波

  齐纳二极管电路
  齐纳二极管的作用类似于偏置二极管限幅电路,其偏置电压等于齐纳击穿电压。在该电路中,在波形的正半部分,齐纳二极管反向偏置,因此波形被削波为齐纳电压V ZD 1。在负半周期期间,齐纳二极管的作用类似于普通二极管,其通常的结值为 0.7V。
  我们可以进一步发展这个想法,通过使用齐纳二极管的反向电压特性,使用如图所示的串联背对背齐纳二极管来削波波形的两半。
  全波齐纳二极管削波
  全波齐纳电路
  全波齐纳二极管限幅电路的输出波形类似于之前的电压偏置二极管限幅电路的输出波形。输出波形将在齐纳电压加上另一个二极管的 0.7V 正向压降处被削波。例如,正半周期将被限幅为齐纳二极管ZD 1加上ZD 2的 0.7V之和,负半周期反之亦然。
  齐纳二极管的制造电压范围很广,可用于在每个半周期提供不同的参考电压,与上述相同。齐纳二极管的齐纳击穿电压V Z范围为 2.4 至 33 伏,典型容差为 1 % 或 5%。请注意,一旦在反向击穿区域导通,全电流将流过齐纳二极管,因此必须选择合适的限流电阻R 1 。
  二极管限幅总结
  除了用作整流器之外,二极管还可以用于在特定直流电平处削波波形的顶部或底部或两者,并将其无失真地传递到输出。在上面的例子中,我们假设波形是正弦波,但理论上可以使用任何形状的输入波形。
  二极管削波电路用于消除幅度噪声或电压尖峰、电压调节或从现有信号产生新波形,例如对正弦波形的峰值进行平方以获得如上所示的矩形波形。
  “二极管限幅”最常见的应用是作为续流或续流二极管并联在电感负载上,以保护开关晶体管免受反向电压瞬变的影响。
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