单片机|单片机把二极管玩出了花

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利用二极管的单向导电性可以设计出好玩、实用的电路 。 本文分析限幅电路和钳位电路 , 是如何用二极管来实现的 。
限幅电路
如下图所示 , 当在正半周期 , 并且VIN大于等于0.7V , 二极管正向导通 。 此时 , VOUT会被钳位在0.7V上 。
而当VIN小于0.7V时二极管是截止状态 , 在负半周期时相当于电流反向 , 二极管也是截至状态 , 此时VOUT=VIN , VOUT波形跟随VIN变化 。

限辐电路示意图
根据上面限辐电路的原理 , 可以设计如下双向限辐电路 。


双向限辐电路示意图
然而有时候0.7V电压不能满足要求 , 那么 , 怎么产生不同大小的限幅电压?
【单片机|单片机把二极管玩出了花】在电路中加入偏置电压VBIAS , 只有当VIN大于等于VBIAS时二极管才能导通 。 此时VOUT被钳位 , 其值是0.7V+VBIAS , 如下图所示 。

偏压限幅电路示意图
钳位电路
下面是二极管结合电容实现的钳位电路 。 分析中不考虑二极管的导通压降 。 假设RC时间常数足够大 , 从而使输出波形不会失真 。
钳位电路原理
当输入Vin在负半周期为负时 , 电流如下图中红色箭头所示 。 二极管导通 , 电容逐渐充电至V , 在此过程中Vout=0 。

当输入Vin在正半周为正时 , 电流如蓝色箭头所示 。 二极管截止 , Vout等于电容上电压加上正半周电压V , 此时Vout=2V 。

钳位电路原理
偏压钳位电路
跟限幅电路类似的 , 为了获得所需要的钳位值 , 要在电路中加入偏置电压 , 如下图所示 。

偏压钳位电路
当所加的偏压与二极管导通方向一致 , 钳位值会提高V1 , Vout=2V+V1 。

双向二极管钳位电路应用举例

在某些电路中会利用两个二极管的钳位作用进行保护 , 如下图所示 , 假设0.7V为D1和D2的导通电压 。

  • Vin大于等于Vmax , D1导通 , Vout会被钳位在Vmax
  • Vin小于等于Vmin时 , Vout被钳位在Vmin

二极管钳位保护电路
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