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，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成，波形的形狀取決于電路的配置和設計。

二、限幅電路工作原理

基于二極管的限幅電路分為2種：

串聯二極管限幅電路
并聯二極管限幅電路

三、串聯二極管限幅電路

在串聯限幅電路中，二極管與輸出串聯。當二極管正向偏置時導通時，輸入信號在輸出端。相反，當二極管反向偏置/阻斷時，串聯限幅電路會傳遞輸入信號。
分為正/負限幅電路。

01 正限幅電路

串聯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。

正限幅電路

輸入信號Vi施加在輸入側，輸出在負載電阻處獲取。

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，沒有電流導通。輸入信號無法通過，因此Rl上沒有壓降。因此，輸出端不會出現如圖所示的正半周。在負半周期間，A點電壓比B點電壓為負。二極管變為正向偏置，信號通過它。信號出現在 Rl 上。因此，負半周通過電路并出現在輸出端。
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偏壓的串聯正限幅器來產生所需的波形。
（1）正偏差
如下所示，電池的正極連接到二極管的P側。

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并截止。但還有另一個電壓源，其正極連接到二極管的 P 側。該電壓源或電池使二極管處于正向偏置狀態。如果輸入電壓低于電池電壓，二極管保持正向偏置并導通。因此，信號出現在輸出端。當輸入電壓增加到電池電壓之上時，二極管變為反向偏置并且不傳導輸入信號。因此，電池電壓Vb出現在輸出端。在負半周期期間，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在輸出端。

（2）負偏差
負偏差電池與二極管反向連接，如下。

負偏差

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在輸出端。在負半周期期間，二極管變為反向偏置并且不導通。因此，輸出端沒有電壓，并且輸入波形中的負半周期被削除。

02 負串聯限幅電路

串聯負限幅電路對輸入周期的負半部分進行限幅。其電路圖如下。

負串聯限幅電路

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在輸出端。在負半周期期間，二極管變為反向偏置并且不導通。因此，輸出端沒有電壓，并且輸入波形中的負半周期被削除

1）帶偏置的串聯負限幅電路
串聯負限幅使用正電壓/負電池進行偏置，修改波形，而不是限幅整個負半部分。
（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。二極管的狀態取決于兩個電壓源。因此，只有當輸入電壓大于電池電壓時，二極管才會正向偏置并導通。

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通。因此電池電壓出現在輸出端。如圖所示，當輸入信號變得大于電池電壓時，該部分的輸出出現。

在負半周期期間，二極管由于輸入電壓和電池電壓而反向偏置。因此，在整個負半周期內，只有電池電壓出現在輸出端。
（2）負偏差
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傳導信號，并且它在輸出中的表現與在輸入中的表現一樣。

負偏差

在負半周期期間，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通。
首先，輸入電壓低于電池電壓，因此二極管導通，信號出現在輸出端。但當它超過電池電壓時，二極管會阻止輸入信號，電池電壓開始出現在輸出端，如圖所示。

四、并聯限幅電路

在并聯限幅電路中，二極管與輸出并聯，當二極管阻斷時，輸入信號出現在輸出上，并聯限幅電路分為正向和負向。

01 正向并聯限幅電路

正向并聯限限幅電路對正半周期進行限幅，具體如下所示：

正向并聯限限幅電路對正半周期進行限幅
在正半周期間，由于A點電壓大于B點，二極管正向偏置，因此二極管導通輸入信號，輸出端沒有電壓差。
在負半周期期間，A點和B點輸入信號的電壓極性反轉，二極管變為反向偏置。因此，二極管阻擋輸入信號，并且信號電壓出現在二極管兩端，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半周。
1）帶偏置的并聯正向限幅電路
（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。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，信號出現在輸出端。但當它超過電池電壓時，二極管開始傳導信號，并且只有電池電壓開始出現在輸出端。

在負半周期期間，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整個負半周期。
（2）負偏差
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導通，并且只有電池電壓出現在輸出端。

負偏差

在負半周期期間，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。當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，電池電壓出現在輸出端。當輸入電壓超過電池電壓時，二極管變為反向偏置，輸入信號開始出現在輸出端，如圖所示。

02 并聯負向限幅電路

并聯負限幅器限幅輸入波形的負半部分。電路圖如下。

并聯負向限幅電路
在正半周期期間，二極管反向偏置，因此它會阻止出現在其上的信號。因此，正半部分也出現在輸出端。
在負半周期期間，二極管正向偏置并傳導信號。因此，負半周期輸出端沒有電壓。因此，并聯負限幅器削波或去除輸入波形的負半部分。
1）帶偏置的并聯負向限幅器
為了進一步修改分流負限幅器的波形，可以通過以稱為正偏壓和負偏壓的兩種方式之一連接電池源來使用正偏壓或負偏壓。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信號。因此，輸出處僅出現電池電壓。但當輸入信號超過電池電壓時，二極管變為反向偏置，信號出現在輸出端，如圖所示。
在負半周期期間，二極管針對輸入信號和電池電壓均正向偏置。因此，二極管導通，并且在整個負周期內只有電池電壓出現在輸出端。
（2）負偏差
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出現在輸出端。

負偏差
在負半周期，當輸入電壓超過電池電壓時，二極管導通。因此，當電壓低于電池電壓時，二極管截止并且輸出處出現信號。當輸入電壓超過時，二極管開始導通，輸出端僅出現電池電壓。

五、組合限幅電路

組合限幅可以從波形的正半周期和負半周期中限幅一部分。兩個二極管彼此并聯連接，其中每個二極管都有一個串聯的電池或電壓源，用于反向偏置相應的二極管。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通，則輸入信號將出現在二極管兩端，并且也會出現在輸出處。現在，如果其中一個二極管開始導通，它們各自的電池電壓將開始出現在輸出端。
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。而二極管D2已經處于反向偏置狀態。因此，輸入信號出現在輸出端。當輸入電壓超過VB1時，二極管D1開始導通，電池電壓VB1開始出現在輸出端。
在負半周期期間，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，不導通。二極管D1已經處于反向偏置狀態。因此，輸入信號出現在輸出端。當輸入電壓超過V_B2時，二極管開始導通，輸出端出現電池電壓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，它不僅可以正向導電（0.7V 壓降），而且當電壓超過齊納擊穿電壓時也可以反向導電。反向電流流動，而其兩端的電壓保持恒定。因此，齊納二極管可以充當偏置二極管，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，信號出現在輸出端。當輸入電壓超過齊納電壓時，齊納二極管開始導通，輸出端開始出現齊納電壓V Z 。